在圖中,如果輸出電感L2較小,負載電阻較大或開關(guān)周期較大時,將出現(xiàn)電感電流已下降到0,新的周期還沒有開始的情況;在新周期電感電流從0開始線性增加,這種工作方式稱電感電流不連續(xù)模式。
如果輸入功率一定,變換器只要經(jīng)過計算合理選取器件參數(shù),便可以工作在斷續(xù)電流模式(DCM)。這樣可以提高輕載時功率變換效率,能量完全傳遞,避免在連續(xù)狀態(tài)時輕載導(dǎo)致電感中電流變負引起的循環(huán)能量增大、導(dǎo)通損耗增加、功率變換效率降低,但是這樣會導(dǎo)致MOSFET和續(xù)流二極管有較高的峰值電壓和電流。為了克制由負載變化較大而引起的問題,可以使用變值扼流器,即電感數(shù)值隨著通過它本身的電流而變化。當(dāng)小電流通過時,電感值大,隨電流增加電感值卻逐漸變小。但是這一方法由于變值電感的電感值變化引起了變換器濾波器截止頻率的變動,使設(shè)計復(fù)雜化,往往使閉環(huán)控制系統(tǒng)變得很不穩(wěn)定。由于航空航天應(yīng)用要求非常高的可靠性和穩(wěn)定性,所以經(jīng)過綜合考慮,本設(shè)計使轉(zhuǎn)換器工作在DCM狀態(tài)。
臨界狀態(tài)為
即當(dāng)L2,小于此值時,電路工作在DCM模式,但兼顧功率因數(shù),所以L2又不能太小!霝檩敵鲭妷,Po為斬波器輸出功率,Po=IoVo,R為負載阻值,fs為開關(guān)頻率,Ts為開關(guān)周期,toff為開關(guān)管關(guān)斷時間,D1為MOSFET導(dǎo)通時間占空比,D1為MOSFET斷開時間占空比,D1+D2=1。
流經(jīng)電容的電流為流經(jīng)電感的電容減掉負載的電流,電容電流所產(chǎn)生的電壓成為紋波電壓,其值為,為關(guān)斷時間占空比;t1、t2為紋波兩個相鄰的波谷與波峰的時間點。
轉(zhuǎn)換器輸出電壓要求紋波盡量小,所以從式(8-8)中可以看出,可以減小載波周期提高頻率,或增大輸出電感,L2、電容C28:的值。但是要保持轉(zhuǎn)換器工作在斷續(xù)狀態(tài)下,電感就不能太大;且其值過大功率比較大,功耗能量也比較多,所以綜合考慮選擇載波頻率為20kHz,而電感和電容值并不是很大。
在式(8-7)中,L1和D2為固定值時,降壓轉(zhuǎn)換器是否工作在斷續(xù)模式取決于R值。當(dāng)R數(shù)值增大時,工作狀態(tài)將從連續(xù)變?yōu)閿嗬m(xù)。如果R和D2 Ta為固定值時,則電感L1,小于式(8-7)中的數(shù)值時,工作狀態(tài)由連續(xù)變?yōu)閿嗬m(xù)模式。當(dāng)R增大時(即Ta減。瑒t保持開關(guān)變換器在斷續(xù)狀態(tài)工作的L1,降低。