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    反激变压器原理与设计-陈小平详细教程开发
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    2019-09-14 11:04:44
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    开关电源的设计是一份非常耗时费力的苦差事,需要不断地修正多个设计变量,直到性能达到设计目标为止。本文step-by-step 介绍反激变换器的设计步骤,并以一个6.5W 隔离双路输出的反激变换器设计为例,主控芯片采用NCP1015。

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    基本的反激变换器原理图如图 1 所示,在需要对输入输出进行电气隔离的低功率(1W~60W)开关电源应用场合,反激变换器(Flyback Converter)是最常用的一种拓扑结构(Topology)。简单、可靠、低成本、易于实现是反激变换器突出的优点。

    2、设计步骤

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    接下来,参考图 2 所示的设计步骤,一步一步设计反激变换器

    1.Step1:初始化系统参数

    ------输入电压范围:Vinmin_AC 及Vinmax_AC

    ------电网频率:fline(国内为50Hz)

    ------输出功率:(等于各路输出功率之和)

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    ------初步估计变换器效率:η(低压输出时,η取0.7~0.75,高压输出时,η取0.8~0.85)根据预估效率,估算输入功率:

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    对多路输出,定义KL(n)为第n 路输出功率与输出总功率的比值:

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    单路输出时,KL(n)=1.

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    2. Step2:确定输入电容Cbulk

    Cbulk 的取值与输入功率有关,通常,对于宽输入电压(85~265VAC),取2~3μF/W;对窄范围输入电压(176~265VAC),取1μF/W 即可,电容充电占空比Dch 一般取0.2 即可。

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    一般在整流后的最小电压Vinmin_DC 处设计反激变换器,可由Cbulk 计算Vinmin_DC:

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    3. Step3:确定最大占空比Dmax

    反激变换器有两种运行模式:电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM)。两种模式各有优缺点,相对而言,DCM 模式具有更好的开关特性,次级整流二极管零电流关断,因此不存在CCM 模式的二极管反向恢复的问题。此外,同功率等级下,由于DCM模式的变压器比CCM 模式存储的能量少,故DCM 模式的变压器尺寸更小。但是,相比较CCM 模式而言,DCM 模式使得初级电流的RMS 增大,这将会增大MOS 管的导通损耗,同时会增加次级输出电容的电流应力。因此,CCM 模式常被推荐使用在低压大电流输出的场合,DCM 模式常被推荐使用在高压 小电流输出的场合。

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    图 4 反激变换器

    对CCM 模式反激变换器而言,输入到输出的电压增益仅仅由占空比决定。而DCM 模式反激变换器,输入到输出的电压增益是由占空比和负载条件同时决定的,这使得DCM 模式的电路设计变得更复杂。但是,如果我们在DCM 模式与CCM 模式的临界处(BCM 模式)、输入电压最低(Vinmin_DC)、满载条件下,设计DCM 模式反激变换器,就可以使问题变得简单化。于是,无论反激变换器工作于CCM 模式,还是DCM 模式,我们都可以按照CCM模式进行设计。

    如图 4(b)所示,MOS 管关断时,输入电压Vin 与次级反射电压nVo 共同叠加在MOS的DS 两端。最大占空比Dmax 确定后,反射电压Vor(即nVo)、次级整流二极管承受的最大电压VD 以及MOS 管承受的最大电压Vdsmax,可由下式得到:

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    通过公式(5)(6)(7),可知,Dmax 取值越小,Vor 越小,进而MOS 管的应力越小,然而,次级整流管的电压应力却增大。因此,我们应当在保证MOS 管的足够裕量的条件下,尽可能增大Dmax,来降低次级整流管的电压应力。Dmax 的取值,应当保证Vdsmax 不超过MOS管耐压等级的80%;同时,对于峰值电流模式控制的反激变换器,CCM 模式条件下,当占空比超过0.5 时,会发生次谐波震荡。综合考虑,对于耐压值为700V(NCP1015)的MOS管,设计中,Dmax 不超过0.45 为宜。

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    4. Step4:确定变压器初级电感Lm

    对于CCM 模式反激,当输入电压变化时,变换器可能会从CCM 模式过渡到DCM 模式,对于两种模式,均在最恶劣条件下(最低输入电压、满载)设计变压器的初级电感Lm。由下式决定:

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    其中,fsw 为反激变换器的工作频率,KRF 为电流纹波系数,其定义如下图所示:

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    对于DCM 模式变换器,设计时KRF=1。对于CCM 模式变换器,KRF<1,此时,KRF 的取值会影响到初级电流的均方根值(RMS),KRF 越小,RMS 越小,MOS 管的损耗就会越小,然而过小的KRF 会增大变压器的体积,设计时需要反复衡量。一般而言,设计CCM 模式的反激变换器,宽压输入时(90~265VAC),KRF 取0.25~0.5;窄压输入时(176~265VAC),KRF 取0.4~0.8 即可。

    一旦Lm 确定,流过MOS 管的电流峰值Idspeak 和均方根值Idsrms 亦随之确定:

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    其中:

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    设计中,需保证Idspeak 不超过选用MOS 管最大电流值80%,Idsrms 用来计算MOS 管的导通损耗Pcond,Rdson 为MOS 管的导通电阻。

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    5. Step5:选择合适的磁芯以及变压器初级电感的匝数

    开关电源设计中,铁氧体磁芯是应用最广泛的一种磁芯,可被加工成多种形状,以满足不同的应用需求,如多路输出、物理高度、优化成本等。

    实际设计中,由于充满太多的变数,磁芯的选择并没有非常严格的限制,可选择的余地很大。其中一种选型方式是,我们可以参看磁芯供应商给出的选型手册进行选型。如果没有合适的参照,可参考下表:

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    选定磁芯后,通过其Datasheet 查找Ae 值,及磁化曲线,确定磁通摆幅△B,次级线圈匝数由下式确定:

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    其中,DCM 模式时,△B 取0.2~0.26T;CCM 时,△B 取0.12~0.18T。

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    6. Step6:确定各路输出的匝数

    先确定主路反馈绕组匝数,其他绕组的匝数以主路绕组匝数作为参考即可。主反馈回路绕组匝数为:

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    则其余输出绕组的匝数为:

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    辅助线圈绕组的匝数Na 为:

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    7. Step7:确定每个绕组的线径

    根据每个绕组流过的电流RMS 值确定绕组线径。

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    初级电感绕组电流RMS:

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    次级绕组电流RMS 由下式决定:

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    ρ为电流密度,单位:A/mm2,通常,当绕组线圈的比较长时(>1m),线圈电流密度取5A/mm2;当绕组线圈长度较短时,线圈电流密度取6~10A/mm2。当流过线圈的电流比较大时,可以采用多组细线并绕的方式,以减小集肤效应的影响。

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    其中,Ac 是所有绕组导线截面积的总和,KF 为填充系数,一般取0.2~0.3.

    检查磁芯的窗口面积(如图 7(a)所示),大于公式 21 计算出的结果即可。

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    8. Step8:为每路输出选择合适的整流管

    每个绕组的输出整流管承受的最大反向电压值VD(n)和均方根值IDrms(n)如下:

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    选用的二极管反向耐压值和额定正向导通电流需满足:

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    9. Step9:为每路输出选择合适的滤波器

    第n 路输出电容Cout(n)的纹波电流Icaprms(n)为:

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    选取的输出电容的纹波电流值Iripple 需满足:

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    输出电压纹波由下式决定:

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    有时候,单个电容的高ESR,使得变换器很难达到我们想要的低纹波输出特性,此时可通过在输出端多并联几个电容,或加一级LC 滤波器的方法来改善变换器的纹波噪声。注意:LC 滤波器的转折频率要大于1/3 开关频率,考虑到开关电源在实际应用中可能会带容性负载,L 不宜过大,建议不超过4.7μH。

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    10. Step10:钳位吸收电路设计

    如图 8 所示,反激变换器在MOS 关断的瞬间,由变压器漏感LLK 与MOS 管的输出电容造成的谐振尖峰加在MOS 管的漏极,如果不加以限制,MOS 管的寿命将会大打折扣。因此需要采取措施,把这个尖峰吸收掉。

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    反激变换器设计中,常用图 9(a)所示的电路作为反激变换器的钳位吸收电路(RCD钳位吸收)。

    RClamp 由下式决定,其中Vclamp 一般比反射电压Vor 高出50~100V,LLK 为变压器初级漏感,以实测为准:

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    图 9 RCD 钳位吸收

    CClamp 由下式决定,其中Vripple 一般取Vclamp 的5%~10%是比较合理的:

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    输出功率比较小(20W 以下)时,钳位二极管可采用慢恢复二极管,如1N4007;反之,则需要使用快恢复二极管。

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  • 主要讲的是反激电源原理及器件余量怎么控制,
  • 反激式开关电源原理图:很好的反激式电源开发设计原理
  • 反激式变压器设计原理rar,反激式变压器设计原理
  • AD绘制的50W反激电源schematic;
  • 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。 反击式开关变压器 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...反激的工作原理是在D的时候 原边将能量存储在变压器的励磁电感
  • 01、反激电源反激式开关电源是指使用反激高频变压器...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...

    01、反激电源

    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。

    02、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。

    03、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。

    正激式开关电源是电源开关管导通的时候,电源向负责提供功率输出,而关断的时候没有功率输出。反激式开关电源正好相反,电源开关管导通时只向变压器存储能量,没有给负载提供功率输出,仅在电源开关管关断时才向负载提供输出。

    正激式开关电源输出电压是取整流输出电压的平均值,反激式开关电源输出电压是取整流输出电压的半波平均值,两种电压输出的相位正好相反。

    偏磁是指加在变压器两端的正反向脉冲电压的伏秒乘积(伏秒积)不等,从而造成变压器磁芯的磁滞工作回线偏离坐标原点的现象。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。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。

    04、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。

    05、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。

    06、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。

    07、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。

    08、注意事项

    1、正激电路不宜做多路输出。

    2、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。

    3、如用正激电路做多路输出原理上存在的问题:

    4、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。

    5、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。

    6、反激电路在原理上就适合多路输出稳压和安全性。

    7、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。

    8、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。

    9、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。最后再次说明: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。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 .. 因为成本和它们的特性,一般反激式电源在 100 瓦以下,正激式 100 瓦以上,并不是它们不能互换做功率。

    09、为何“正激”比“反激”可以做更大的功率?

    我们做过正激也做过反激的电源工程师都知道,一般在 100W 以内我们习惯用反激拓扑来做,超过 100W 的用正激比较合适。

    为何?

    我来说说我的观点,首先只要懂得设计变压器的工程师在计算反激开关电源时,反激功率做得越大,原边电感量肯定是越小的,这跟拓扑的特性有关,我们先来分析一下反激的工作过程。

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    上图为反激的基本拓扑,当 MOS 开关管开通时,变压器原边绕组上正,下方,此时变压器副边绕组上负下正,整流二极管 VD 截止,在 MOS 开通的时段,变压器的励磁能量由于没有通路释放从而全部存储在变压器中。当 MOS 开关管关闭之后,变压器原边绕组电位变成下正上负,根据同名端,此时副边绕组的电位为上正下负,整流二极管 VD 导通,变压器释放能量,磁芯复位。

    就是这样周而复始,使输出稳压。

    由于这种不断存储又释放存储又释放的工作模式决定变压器的是很容易饱和的,为了控制变压器不饱和,通常的做法就是加气隙。

    为了方便,我们用反激 DCM 的公式,简单说明一下

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    Lp:原边感量,Ip:原边电流,Vin 最低输入电压,D:占空比,P 输入功率,f 开关频率

    我们通过几个简单的公式就可以看出,反激电源的原边电感量是受到了限制的。

    我们再通过上面的公式,可知感量和 Lp 和峰值电流定了之后,要使磁芯不饱和,我们只能通过增大 Np 匝数来降低磁通密度,Np 增大了,Lp 是定了磁芯必然要加气隙。有计算经验的人都知道,反激变压器尤其是功率打了变压器感量都是比较小的。

    下面我们来看看正激:

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    上图为正激电源的基本拓扑,开关 MOS 管开通时,原边绕组 NP1 为上正下负,根据同名端判定此时副边绕组 NS 也为上正下负,输出整流二极管 VD1 是导通的,原边导通的同时副边也导通,能量每个周期都能够得到即时释放。变压器不存在存储阶段,虽然原边也有比较大的电流,但这电流大部分都是由副边折射过来的,初级和次级是同时有电流的,而且产生的磁感应强度相等,方向相反,当负载变重,初级电流也相应加大,抵消了磁芯磁场的变化,所以正激不用考虑正激的电感量的大小,绕多大就是多大。

    当然别忘记还有一部分励磁电流,但由于电感量很大励磁电流是很小的,开关 MOS 开通时,(不考虑功率部分,只考虑励磁电流)变压器原边电感上阵下负,励磁电流线性上升,等到开关 MOS 关闭时,NP1 绕组下正上负,此时通过同名端可知,NP2 上正下负 D1 导通,原边电感存储的励磁能量通过 NP2 和 D1 释放出去,返回到输入大电容上,磁芯复位。当然变压器也存在漏感,这部分漏感就生了正激的尖峰电压。

    通过上面的对比,我们可知,同样一个功率变压器,可得到如下结论。

    1、反激变压器的电感量很小,而正激变压器的电感量很大。

    2、反激变压器通过副边输出绕组复位,正激变压器有专门的复位绕组复位。

    3、反激变压器需要复位的励磁能量但同时也是整个功率部分的能量,正激变压器复位的也是励磁部分的能量,但这个励磁能量不包含功率部分的能量(暂且有能量这个词,能明白就好)。

    我们通过上面几个结论急需来分析一下:

    首先说反激,电感量跟正激比很小的。我们都只到变压存在的漏感与很多因素有关,由于感量小,变压器只要有一点漏感,这个漏感在整个原边电感的占比是比较大的,而电感的能量 1/2*Lp*Ip^2 在电感和漏感中的比例是按照感量大小的比例来分配的,一旦漏感比例大了,漏感中存储的能量是不能转化到副边,大部分是通过其他通路来消耗(转换成损耗)的,可想而知,功率越大,感量越小,漏感比例越容易变大,造成的损耗也将越来越大,不但损耗超大而且这个漏感造成的尖峰将随功率的增大而越来越大,非常难处理,或者说到了一定的功率量,根本无法处理。

    我们再看正激,电感量跟反激比是很大的。由于感量大,变压器就算有一定的漏感,但这个漏感在整个变压器中所占的比例也是比较小的。漏感占比很小,浪费的能量肯定比较小,所产生的尖峰也很好处理。

    通过上面的简单描述,我相信大家也明白为何反激电源的功率就是做不大?并且还可以印证我们平时测量反激时 DS 尖峰是比较高的,而正激 DS 尖峰是非常小的。

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  • 这篇文章的目的目的在于和大家分享关于准谐振反激原理、应用及参数计算方面的知识。  准谐振 QR  Q(Quasi)  R( resonant)  主要是降低mosfet的开关损耗,而mos的开关损耗主要是来源于自身的输出电容。 ...
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  • 反激式:反激式开关电源是指使用反激高频...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...

    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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  • 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。
  • 反激式开关电源原理图及PCB,反激式开关电源36W,纹波20MV
  • 单端反激开关电源具有输出纹波小、输出稳定、体积小、重量轻、效率高以及具有良好的动态响应性能等许多...文中介绍了利用该集成芯片实现的具有双闭环电流(外回路和内回路)反馈系统的单端反激开关电源的原理和设计方法。
  • 本文主要介绍了反激式变压器开关电源原理图,希望对你的学习有所帮助。
  • 单级反激PFC的控制方式1. DCM方式●任何PWM控制IC都可以做---简单,但效率稍低2. CRM方式●使用CRM方式PFC的控制器,简单修改反馈部分就可以实现,但传导干扰低频段高一些,效率高于DCM方式3. CCM方式●和CRM使用...
    9eecad4bbff165863d0f6de748340536.png单级反激PFC的控制方式

    1. DCM方式

    ●任何PWM控制IC都可以做---简单,但效率稍低

    2. CRM方式

    ●使用CRM方式PFC的控制器,简单修改反馈部分就可以实现,但传导干扰低频段高一些,效率高于DCM方式

    3. CCM方式

    ●和CRM使用相同MOSFET时具有最高效率,传导高频段或辐射EMI高一些

    4. 使用初级反馈可以省掉次级采样和控制的损耗,提高效率

    9eecad4bbff165863d0f6de748340536.png单级反激PFC的优点与缺点

    单级反激PFC的优点

    ●优点一:效率高

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    ●优点二:体积小/成本低

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    单级反激PFC的缺点

    ●缺点一:抗雷击能力差

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    ●缺点二:启动时间长

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    ●缺点三:输出电流纹波大

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    ●缺点四:开机输出电流过冲

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    ●缺点五:输出短路不保护

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    9eecad4bbff165863d0f6de748340536.png单级反激PFC的缺点解决方法

    解决缺点一:抗雷击能力差

    ●提高抗雷击/浪涌能力

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    解决缺点二:启动时间长

    ●降低启动时间

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    解决缺点三:输出电流纹波大

    ●减低输出电流纹波

    1. 电流纹波对LED温度、色温、效率没有影响

    2. 能源之星接受120Hz纹波(美国市电频率为60Hz)

    3. 减小纹波的方法:

    ●增加输出电容容量

    ●增加二级滤波电路

    ●注入3次谐波

    电流纹波对LED温度没有影响

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    电流纹波对LED色温没有影响

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    有源滤波降低电流纹波

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    有源滤波降低电流纹波

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    解决缺点四:开机输出电流过冲

    ●消除开机输出电流过冲

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    第一个实验

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    初次上电无过冲

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    重新上电瞬间只要运放输出小于正常工作时电压便无过冲

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    重新上电瞬间运放输出大于正常工作电压便有过冲

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    断电瞬间运放还有供电,5脚电压大于6脚,7脚为高电平,有过冲

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    第二个实验:控制部分单独供电,并且供电电容小。

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    初次上电无过冲

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    断电瞬间供电绕组电压很快降低,重新上电跟初次上电几乎一样,无过冲

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    同时观测次级Vcc电压

    断电后上电瞬间供电绕组电压始终大于7脚电大于7脚电压,无过冲

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    解决缺点五:输出短路不保护

    ●次级短路

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    正常开机

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    短路开机和开机后短路,短路后不打嗝,输入功率很大

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    改进方法

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    短路开机和开机后短路,短路后打嗝

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    -END-

    资料以漫画的形式讲解电子电路基础,原来抽象晦涩的知识变得让人容易理解了。由于适合入门和回顾,评论区也有工程师朋友分享给市场采购同事,还有朋友用此给孩子培养理工方面的兴趣。

    《漫画电子电路

    第1章 何为电子电路
    1.电子电路是什么
    2.各种电子电路(放大电路、振荡电路、调制电路、检波电路、滤波器、运算放大器、逻辑电路、电源电路。)
    3.以收音机为例
    *补充知识(运算放大器、逻辑电路)第2章 晶体管的结构
    1. 何为半导体(硅的共价键、P型半导体、N型半导体。)
    2. PN结二极管(偏压、整流电路。)
    3.双极晶体管(PNP型晶体极管)
    *补充知识(J-FET的结构与原理、MOS-FET、双极晶体管与FET的差异。)第3章 电气电路的知识
    1.基尔霍夫定律
    2.RLC并联电路
    3.h参数等效电路第4章 调谐放大电路
    1.调谐放大电路的原理
    2.单一调谐放大电路
    *补充知识(调谐放大器中的电流放大率的频率特性、晶体管的高频等效电路、阻抗的转换。)第5章 检波电路
    1.检波与线性检波电路(检波、线性检波电路、线性检波的原理。)
    2.包络检波
    3.滤波器(低通滤波器、高通滤波器。)第6章 低频放大电路
    1.低频放大电路的概念
    2.发射极接地放大电路
    3.集电极接地放大电路
    *补充知识(与分贝(dB)的关系、为什么发射极耦合电路是必需的、将发射极耦合电路级联连接、放大器的级联连接、放大器的高频特性。)

    b118d42c029918749899c3ca2bb6f057.png

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  • 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...
  • 一、反激电路 原理部分 二、反激电源的一般结构 顺着箭头方向,依次是 EMI滤波器 ->交流整流 ->和反激拓扑。 其中反激电源变压器的本质是一个储能电感。 下图是一个应用实例 个各功能区介绍...
  • 适合打算学习反激式开关电路原理的新手,也适合想要了解原理参数选择的工程设计人员
  • 开关电源的设计是一份非常耗时费力的苦差事,需要不断地修正多...基本的反激变换器原理图如图 1 所示,在需要对输入输出进行电气隔离的低功率(1W~60W)开关电源应用场合,反激变换器(Flyback Converter)是最常用的一...

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