flyback的分析和设计

的原件都计算了,除了C.下面就来计算C的一些东西.

C上的纹波电压.利用我们前面的假设,在d'时间段内,有:
(18)
所以有:
(19)
对C进行充放电的电流只是纹波电流,其直流成分都供给了负载,所以有:
(20)
其中 表示输出电流并且

好,到现在为止,你已经是一个CCM模式的buck-boost的初级设计师了。下面开始我们的flyback的分析之旅.首先推出一个叫做简单变压器模型的东西,用这个东西可以简单的模拟变压器,就能对有变压器的电路开始做分析了.图十二,给出了这个简单的模型.

图十二

其中Lm代表着励磁电感,其它部分则是一个理想变压器.对一个设计良好的变压器来说,需要的励磁电流,总是占总电流的很小的一部分.这个简单的变压器模型忽略了诸如漏感,耦合电容,层间电容,电阻等参数.但是,这个模型做为开始的分析让然是一个好的选择.

下面就把这个简单的变压器的模型插入到我们的flyback的电路(图六)当中,并规定电压电流的正方向,如图十三所示.

图十三

假定这个flyback电路仍然工作在稳定的CCM状态.

在状态1 mosfet Q开通,二极管D关断,电路如图十四所示.

图十四

应用我们最开始的假设,然后列写状态方程:
(21)
(22)
(23)
这个状态持续时间为dTs.Lm中的电流i在Vg的作用下,线性增加,斜率为.能量储存在Lm中.

在状态2 Mosfet Q关断,二极管D开通,电路如图十五所示.

图十五

在最开始的假设情况下,列写状态方程:
(24)
(25)
(26)
这个状态持续时间为 ,Lm中的电流i在二次侧折射电压的作用下,开始线性减少,斜率为.能量转移到输出.

在经过一个周期的折腾后,电感Lm电流回到周期开始的点,C上的电压回到周期开始的点.因为,这是一个工作在和谐状态下的电路.所以有:
(27)
(28)
输入电流ig的周期平均值为:
(29)
解等式 27 和等式 28 得:
(30)
(31)
对比等式 30 和等式 8 以及等式 31 和等式 9. 发现没有,是不是buck-boost和flyback的直流增益很像?也说明了,flyback是由buck-boost演变而来的.

下面研究Mosfet和二极管D所承受的电压.

(32)
(33)
用等式(30)来做简化,则有:
(34)
(35)
电感纹波电流的算法,在等式 13 中已经给出.

同样假设设计为i的5%.则通过Mosfet的RMS电流油等式 15 给出.通过二极管D的RMS电流为:
(36)
输入的RMS电流等于Mosfet的RMS电流.

照前面的方法计算C的纹波电流的RMS值为:
(37)
纹波电压为:
(38)

到现在为止,好像CCM-flyback的draft(这里我实在找不到一个合适的词来形容,所以就只好用这个字了.希望都能明白这个字后面的意思)设计呼之欲出了啊.

到这里,如果正好你也看过了 菜鸟课堂1 的话,那恭喜你,你已经是初级的ccm-flyback设计师了.可以开始做自己的flyback了,虽然性能还很差,也许变压器还会饱和,可能还会响,但不管怎样,这是第一个哦.今天最后附上一个礼物送给大家,CCM-flyback的参数计算表格.

工作在DCM情况下的flyback比在CCM下多了一个工作状态 3. 工作状态1 和工作状态2 与CCM的工作状态1 和2 相同,在工作状态3下,Mosfet Q 和二极管D都处于关断状态.三个工作状态分别如图十六,图十七, 图十八所示.经历时间分别为d1Ts,d2Ts,d3Ts.

图十六

图十七

图十八

分别对3个状态列写状态方程.

状态1有:
(39)
(40)
(41)
状态2 有:
(42)
(43)
(44)
状态3有:
(45)
(46)
(47)

一个好的设计,输出电压V的纹波比电压V小很多.忽略电压纹波,有:
(48)
从等式 48 中得到的V/Vg的表达式中含有d2,这个不是想要的形式.想办法把d2消去. C里面只流过纹波电流,直流成分都输出给负载.所以通过二极管D电流的平均值就等于输出到负载上的电流.
(49)
二极管的平均电流也可以这样子计算(因为是三角波):
(50)
表示的是流过二极管的峰值电流.与ipk的的关系是:
(51)
ipk是可以计算的,表示为:
(52)
解 等式 48 到52 可得:
(53)

把Lm用Lsec来表示,则等式 53 可以写成(d1就是占空比d):
(54)
请牢牢记住的这种形式吧,会有很多地方用到的.
把 等式 54 带回到 等式 48中,则可得:
(55)
按照惯例,先计算下Mosfet Q和二极管D的最大电压.
(56)
(57)
流过Mosfet Q,二极管D和电容C的RMS电流表示为:
(58)
(59)
(60)