Wie verhindern, dass DCM-Sperrwandler nicht in den CCM-Modus wechselt?

[David (simulant01)]

Hi,

ich lese gerade den Design Guide [1] zur Auslegung von 
DCM-Sperrwandlern. Der Guide beschränkt sich auf Sperrwandler im 
Discontinuous Conduction Mode (DCM), wie das folgende Zitat zeigt

> Given these characteristics of DCM mode, it is the preferred choice for a
> simple, easy to design for low power
> SMPS. The following is a step-by-step design guide on designing a DCM
> operation Flyback converter.

Ich verstehe aber nicht, wie sichergestellt wird, dass der Sperrwandler 
immer im DCM-Modus bleibt und unter keinen Umständen in den 
Continuous-Conduction-Mode (CCM) wechselt.

Für den Wechsel in den CCM-Modus reicht es ja schon, wenn der Laststrom 
größer wird als der vom Designer festgelegte maximal zulässige Wert. 
Wenn der Laststrom ansteigt, muss zwecks Regelung der Ausgangsspannung 
der Duty Cycle steigen. Ab einem gewissen Duty Cycle wechselt der 
Sperrwandler dann in den CCM-Modus, da die tOff-Zeit nicht mehr 
ausreicht, damit der magn. Fluss im Kern den Wert 0 erreicht. In diesem 
Augenblick verändert sich schlagartig die Übertragungsfunktion (unter 
anderem zusätzliche Nullstelle in der rechten Halbebene) und der Regler 
kriegt ggf. Probleme.

Wie verhindert man das? Sicherung auf der Sekundärseite, um den 
Laststrom zu begrenzen? Dem Controller einen maximalen Duty Cycle 
vorgeben, den er nicht überschreiten darf? Instabilität des Regelkreises 
einfach akzeptieren, wenn der Laststrom zu groß wird?

[1]: https://www.mouser.com/pdfdocs/2-8.pdf

Grüße

[Achim M. (minifloat)]

David schrieb:
> Dem Controller einen maximalen Duty Cycle vorgeben, den er nicht
> überschreiten darf?

Das ist eine Möglichkeit, deckt aber wegen Variabilität der 
Eingangsspannung nicht alles ab.

Viele Sperrwandler messen mit einem Shunt den Strom durch den 
Schaltransistor und schalten diesen ggf. bei einem definierten 
Maximalstrom ab. Das begrenzt die pro Zyklus übertragbare Energie. 
Leistungsbegrenzung, Flussbegrenzung, Schaltransistor-Strombegrenzung 
usw. bekommst du alles geschenkt.

mfg mf

[Peter D. (peda)]

David schrieb:
> der Regler
> kriegt ggf. Probleme.

Eigentlich ist es genau umgekehrt, der Regler wird im CCM stabiler.
Der DCM hat nur den etwas geringeren Stromverbrauch bei Unterlast als 
Vorteil und ansonsten nur Nachteile (lückender Betrieb, mehr Ripple, 
Pfeifen).

Ich setze nur noch ICs mit forced CCM ein. Ein Buck mit forced CCM 
enthält ja 2 MOSFETs, damit sich der Strom durch die Drossel umpolen 
kann. Dadurch entfällt der Spannungsabfall an der Shottky-Diode und der 
Wirkungsgrad ist höher.

[Luca E. (derlucae98)]

Wenn du den Sperrwandler mittels Current Mode Control regelst, hast du 
die Überstromabschaltung gleich mit dabei.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Peter D. schrieb:
> damit sich der Strom durch die Drossel umpolen kann.

Der Strom in der Drossel polt sich nicht um. Es dreht sich nur die 
Steigung um und damit die Spannung an der Drossel.

[Michael B. (laberkopp)]

David schrieb:
> Ich verstehe aber nicht, wie sichergestellt wird, dass der Sperrwandler
> immer im DCM-Modus bleibt

Eigentlich: immer ausreichende t-off Zeit damit sich die bis zum vollen 
Strom aufgeladene Spule komplett entladen kann. Das setzt aber voraus, 
dass der Ausgang seine Spannung erreichen kann. Schlecht bei 
Kurzschluss. Da gibt es aber nichts mehr zu regeln.

aufwändigere Alternative: Spulenstrom messen und t-off erst bei 0 
beenden.