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  • 本文主要讲述的是反激式开关电源的原理。 ...  1.反激式开关电源原理--简介 ...  反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关...反激式开关电源原理--工作模式  反激式开关电源的电路结构
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  • 反激式开关电源原理

    2021-01-20 05:45:25
    1.反激式开关电源原理--简介  反激式开关电源是指使用反激高频...反激式开关电源原理--工作模式  反激式开关电源的电路结构比较简单,在小功率电路中应用非常广泛,在15kw光伏逆变器中用到的两个电源都是这种结构
  • 反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源。反激指的是在开关管接通的情况下,当输入为高电平时输出线路
  • 反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源。“反激”指的是在开关管接通的情况下,当输入为高电平时输出线路中串联的电感为放电状态;相反,在开关管断开的情况下,当输入为高电平时输出线路...
  • 1.反激式开关电源原理--简介  反激式开关电源是指使用反激高频...反激式开关电源原理--工作模式  反激式开关电源的电路结构比较简单,在小功率电路中应用非常广泛,在15kw光伏逆变器中用到的两个电源都是这种结构
  • 反激式:反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源。“反激”指的是在开关管接通的情况下,当输入为高电平时输出线路中串联的电感为放电状态;相反,在开关管断开的情况下,当输入为高电平时...

    反激式:反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源。“反激”指的是在开关管接通的情况下,当输入为高电平时输出线路中串联的电感为放电状态;相反,在开关管断开的情况下,当输入为高电平时输出线路中的串联的电感为充电状态。

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    工作原理: 变压器的一次和二次绕组的极性相反,这大概也是Flyback名字的由来: a.当开关管导通时,变压器原边电感电流开始上升,此时由于次级同名端的关系,输出二极管截止,变压器储存能量,负载由输出电容提供能量。 b.当开关管截止时,变压器原边电感感应电压反向,此时输出二极管导通,变压器中的能量经由输出二极管向负载供电,同时对电容充电,补充刚刚损失的能量。 反激电路的演变: 可以看作是隔离的Buck/Boost电路:

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    在反激电路中,输出变压器T除了实现电隔离和电压匹配之外,还有储存能量的作用,前者是变压器的属性,后者是电感的属性,因此有人称其为电感变压器,有时我也叫他异步电感。

    正激电源

    正激式变压器开关电源输出电压的瞬态控制特性和输出电压负载特性,相对来说比较好,因此,工作比较稳定,输出电压不容易产生抖动,在一些对输出电压参数要求比较高的场合,经常使用。

    所谓正激式变压器开关电源,是指当变压器的初级线圈正在被直流电压激励时,变压器的次级线圈正好有功率输出。

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    单端正激式:

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    双管正激式:

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    由上三张图可知,反激的变压器可以看作一个带变压功能的电感,是一个buck-boost电路。正激的变压器是只有变压功能,整体可以看成一个带变压器的buck电路。二次侧接第一个整流二极管的负端接电解电容的是反击,接电感的是正激。

    总地来说,正激反激工作原理不同,正激是初级工作次级也工作,次级不工作有续流电感续流,一般是CCM模式。功率因数一般不高,而且输入输出和变比占空比成比例。反激是初级工作,次级不工作,两边独立开来,一般DCM模式下,理论上是单位功率因数,但是变压器的电感会比较小,而且需要加气隙,所以一般适合中小功率情况.一般的电源书都会有具体的介绍和设计公式。

    正激变压器是理想的,不储能,但是由于励磁电感(Lp)是有限值,励磁电流使得磁芯B会大,为避免磁通饱和,变压需要辅助绕组进行磁通复位;反激变压器工作形式可以看做耦合电感;电感先储能,再放能。由于反激变压器的输入、输出电压极性相反,固当开关管断开之后,次级可以提供磁芯一个复位电压,因而反激变压器不需额外增加磁通复位绕组。

    主要区别

    正激反激主要区别在高频变压器的工作方式不同但他们在同一象限上。正激是当变压器原边开关管导通时同时能量被传递到负载上,当开关管截止是变压器的能量要通过磁复位电路去磁。反激是和正激相反,当原边开关管导通时给变压器存储能量。但能量不会加在负载上,当开关管截止时,变压器的能量释放到负载侧。正激开关电源,后面多的那个二级管是续流二级管,一般输出部分还会多加一个储能电感,正激和反激最重要的区别是变压器初次级的相位是反相的。

    最大区别

    正激与反激的工作最大区别是,当开关管关断时,正激的输出主要靠储能电感和续流二级管来维持输出,而反激的输出主要靠变压器次级释放能量来维持输出。正激电路不宜做多路输出,正激电路要用脉宽调整做稳压必须在次极整流以后串电感,不然输出电压主要由输入决定,与脉宽影响不大,脉宽只影响输出纹波。如用正激电路做多路输出原理上存在的问题:如每路输出不用电感,那么对输入变化没有稳压作用,且没有开关电源应有的安全性。如果每路加电感:那么输出电压在理论上与负载大小有关,不参与反馈的回路就不正。

    反激电路在原理上就适合多路输出稳压。反激电路首先储能,后把能量按各路的电压比率供应给每一路,先可以认为每路的输出比例是不变的(实际有误差看下面),按电流谁需要多给谁多的原则分配。

    关于反馈

    被反馈的这一路总是很准的因为就是按找他来反馈的,但反馈的一路一定要有一点负载。不然会加大输出各路间的不平衡。可以用多路加权来进行反馈,就可以使误差的矢量和为零,通俗点让误差在各路间均衡,哪路的权重大,哪路的精度就高。变压器遵守各个瞬态电压比等于线圈比,这是理解中用得最多的一个条件。

    关于开关电源

    正激式是开关管导通时变压器次级电路工作,反激式是开关管截止时变压器次级电路工作(开关截止,主级能量传递给次级,次级工作开关闭合,主级电感线圈存储能量)。 正激式开关电源输出必需有续流二极管而反激式没有(它们的变压器绕法也不一样。反激式变压器初次极工作时间相反而正激式初次极工作时间相同)正激跟反激相比最大的问题的用的器件更多,虽然好像没多几个,但都是必不可少,而且成本都是很高的。电路比反激式变压器开关电源多用一个大储能滤波电感,以及一个续流二极管。 正激式变压器开关电源输出电压受占空比的调制幅度,相对于反激式变压器开关电源来说要低很多,因此,正激式变压器开关电源要求调控占空比的误差信号幅度比较高,误差信号放大器的增益和动态范围也比较大。

    正激式变压器开关电源为了减少变压器的励磁电流,提高工作效率,变压器的伏秒容量一般都取得比较大,并且为了防止变压器初级线圈产生的反电动势把开关管击穿,正激式变压器开关电源的变压器要比反激式变压器开关电源的变压器多一个反电动势吸收绕组,因此,正激式变压器开关电源的变压器的体积要比反激式变压器开关电源的变压器的体积大。

    正激式变压器开关电源还有一个更大的缺点是在控制开关关断时,变压器初级线圈产生的反电动势电压要比反激式变压器开关电源产生的反电动势电压高。因为一般正激式变压器开关电源工作时,控制开关的占空比都取在0.5左右,而反激式变压器开关电源控制开关的占空比都取得比较小。

    应用区别

    正激式变压器不蓄积能量,只担负偶合传输,反激式变压器需把开通过程中的能量蓄积在本身,关断过程中再释放:正激式绕组同相位,反激式绕组反相;正激式变压器不用调节电感值,反激式需调节。正激式工作存在剩磁为防饱和需消磁电路,本身不蓄能需要蓄能线圈和续流二极管,反激式不用。

    反激主要用在150-200瓦以下的情况,正激则用在150w到几百瓦之间。之所以反激更广范就是因为我们日常中100w以下的电源比较常见,应用比较常见,所以也就比较广泛啦。原理就是一个通过储能再通过变比进行变压的,一个是直接通过变比进行变压的。正激初级绕组同名端都是正极所以叫正激,反激一个在正,一个在负所以叫反激。

    反激式可做小功率,成本低,调试相对简单些,所以在小功率电源中常用。它们的区别: 主变压器方面, 正激的需增加消磁绕组,当然也有的用增加两个二极管在主绕组进行消磁,无论如何正激电源必须增加消磁回路。反激不用增加输出储能电感,因为能量能储存在次级线圈中 ,正激须增加输出储能电感,且整流部分需增加续流二极管。

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  •  IRIS4015系列是一种专为准谐振工作方式的反激式变换器,其最大优点是将准谐振反激式变换器的控制电路和高压MOSFET集成在一个TO-220封装中,因此不需要另外设置开关管。IRIS4015系列的内部原理框图如图1所示。 ...
  • 电源篇 -- 反激式开关电源

    千次阅读 2020-01-30 22:06:26
    电源篇 – 反激式开关电源 感谢阅读本文,在接下来很长的一段时间里,我将陆续分享项目实战经验。从电源、单片机、晶体、驱动电路、显示电路、有线通讯、无线通信、传感器、原理图设计、PCB设计、软件设计、...

    电源篇 – 反激式开关电源

    感谢阅读本文,在接下来很长的一段时间里,我将陆续分享项目实战经验。从电源、单片机、晶体管、驱动电路、显示电路、有线通讯、无线通信、传感器、原理图设计、PCB设计、软件设计、上位机等,给新手综合学习的平台,给老司机交流的平台。所有文章来源于项目实战,属于原创。

    一、工作原理
    在这里插入图片描述
    反激变换器的基本电路图如上图。

    工作原理如下:当Q1导通时,整流二极管D1、D2反向截止,输出电容给负载供电。T1相当于一个纯电感,流过Np的电流线性上升,达到峰值Ip。当Q1关断时,所有绕组电压反向,此反激电压使输出二极管D1、D2进入导通状态,同时初级存储的能量1/2LIp²传送到次级,提供负载电流,同时给输出电容充电。

    反激变换器的主要优点是不需要输出滤波电感,因为反激变压器有着变压器与电感的双重功能,在输出功率为5至150W的低成本隔离电源中应用非常广泛。

    二、项目实战

    开源设计:https://yunpan.360.cn/surl_yrtss7bddVH

    1、器件选型

    品牌很多,像PI、TI、MPS等,可以上立创商城查找。

    本次项目实战以国产SM7022为例进行讲解,其它型号设计方法大同小异。
    在这里插入图片描述
    2、原理图设计
    在这里插入图片描述
    设计说明:

    ①、输入部分参考典型设计,增加保险丝、压敏电阻、NTC、共模电感等;

    ②、变压器是反激式开关电源的核心,设计时需要注意,你不是在设计一个变压器,而是有着多绕组的扼流圈,初级与次级的安匝比守恒,具体设计方法请参考开源项目变压器设计文档;

    ③、输出反馈有原边反馈与光耦反馈,原边反馈成本更低,但响应速度、精度等没有光耦反馈好,本设计采用的是光耦反馈;

    ④、更多设计说明请参考datasheet。

    3、PCB设计
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    设计说明:

    ①、注意爬电距离,高低压部分开槽处理;

    ②、布局时,开关环路尽量小,降低EMC,提高电源稳定性,降低纹波等;

    ③、反馈环路避免受到功率部分的干扰;

    三、小结

    反激式开关电源是低功率低成本常用的隔离电源,需要我们深入的理解基本电路原理,设计时才能得心应手。

    反激式开关电源涉及的知识点很多,本文只是简要的介绍了下,仅仅起到抛砖引玉的作用,日后设计过程中,需要不断的总结经验,沟通交流,以达到真正的理解,灵活运用。

    欢迎加入硬件家园单片机学习群,群号925620931,别具一格的单片机免费教学,以产品为导向,一起做项目。
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    在这里插入图片描述

    作者:刘杰,软硬件技术10年,全职提供技术开发与技术服务、生产支持等。

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    单端反激变换器的很重要的特色是变压器充当了电感的作用,即在开关开通时变压器储能,开关关断时变压器将能量释放到副边,因此单端反激变换器的变压器工作在电感类型的工作区,在功率过大时变压器储能也大造成其负荷太重,但并不是说不能工作在100W以上,更不会有100W左右可靠性比正激更好的说法,只是在电源设计中是否合算的问题,而且单端反激变换器在多输出时的电压调整率不如正激.
       对于经常烧管子的问题,一是看选择的Mosfet的耐压定额够否:反激变换器的开关管的最大电压是输入电压加上输出电压与变比的乘积,考虑到漏感影响,电压定额要比这个值大至少20%(当然看漏感的大小和Clamp电路或Snubber的性能了);二看变压器设计的工作点要求远离饱和区,而且要留足够的裕量,在严重的情况下(最大占空比时)不至于饱和.
        只要计算正确,设计合理,出现这种问题的机会就比较少,所以一定要先在理论上把握住精髓,掌握必要的知识,在加上多学习多动手多思考,各种问题都会解决的.
     
    其实看正激还是反激很简单
    在电路上的区别主要有两点:
    1.看次级何时导通--次级一般接有二极管之类的单向导通器件,   在初级通时,次级可以导通,是正激的表现;在初级导通时,次级不导通,则时反激的表现
    2.看初级有没有为反激准备的回路--反激变换器在晶体管关闭时发生能量转换,由磁能变为电能,所以,一定要有电流流动的回路,没有回路则不可能是反激.

    反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源,与之对应的有正激式开关电源。
      “反激”(FLY BACK)具体所指当开关管接通时,输出变压器充当电感,电能转化为磁能,此时输出回路无电流;相反,当开关管判断时,输出变压器释放能量, 磁能转化为电能,输出回路中有电流。
      反激式开关电源中,输出变压器同时充当储能电感,整个电源体积小、结构简单,所以得到广泛应用。应用最多的是单端反激式开关电源。
       优点:元器件少,电路简单,成本低,体积小,可同时输出多路互相隔离的电压
       缺点:开关管承受电压高,输出变压器利用率低,不适合作大功率电源
      一般而言,100W以内的开关电源通常采用单端返激式,超过100W-300W的开关电源通常采用正激式或半桥式,300W以上电源通常采用全桥式。
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    1、单端正激式

    单端:通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器.

    正激:其脉冲变压器的原/副边相位关系确保在开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器副边同时对负载供电。

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    该电路的最大问题是:开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管关断时,脉冲变压器处于“空载”状态,其中储存的磁能将积累到下一个周期,直至电感器饱和,使开关器件烧毁。图中的D3与N3构成的磁通复位电路,提供了泄放多余磁能的渠道。

    2、单端反激式

    反激式电路与正激式电路相反,其脉冲变压器的原/副边相位关系确保当开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器副边不对负载供电,即原/副边交错通断。脉冲变压器积累磁能问题容易解决,但是,由于变压器存在漏感,将在原边形成电压尖峰,可能击穿开关器件,需要设置电压钳位电路予以保护D3、N3构成的回路。从电路原理图上看,反激式与正激式很相像,表面上只是变压器同名端的区别,但电路的工作方式不同,D3、N3的作用也不同。

    3、推挽(变压器中心抽头)式

    这种电路结构的特点是:对称性结构,脉冲变压器原边是两个对称线圈,两只开关管接成对称关系,轮流通断,工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。

    主要优点:高频变压器磁芯利用率高(与单端电路相比)、电源电压利用率高(与后面要叙述的半桥电路相比)、输出功率大、两管基极均为低电平,驱动电路简单。

    主要缺点:变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比较高(至少是电源电压的两倍)。

    4、全桥式

    这种电路结构的特点是:由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变压器原边。

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    图中T1、T4为一对,由同一组信号驱动,同时导通/关断;T2、T3为另一对,由另一组信号驱动,同时导通/关断。两对开关管轮流通/断,在变压器原边线圈中形成正/负交变的脉冲电流。

    主要优点:与推挽结构相比,原边绕组减少了一半,开关管耐压降低一半。

    主要缺点:使用的开关管数量多,且要求参数一致性好,驱动电路复杂,实现同步比较困难。这种电路结构通常使用在1KW以上超大功率开关电源电路中。

    5、半桥式

    电路的结构类似于全桥式,只是把其中的两只开关管(T3、T4)换成了两只等值大电容C1、C2。

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    主要优点:

    • 具有一定的抗不平衡能力,对电路对称性要求不很严格。
    • 适应的功率范围较大,从几十瓦到千瓦都可以。
    • 开关管耐压要求较低。
    • 电路成本比全桥电路低。
    • 这种电路常常用于各种非稳压输出的DC变换器,如电子荧光灯驱动电路中。

    内容整理自网络

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空空如也

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反激式开关管工作原理