反激变换器的原理与设计
反激变换器原理
反激变换器原理
反激变换器是一种常用的电力电子变换器，通过将输入的直流电压变换成所需的输出电压来实现能量的转换。
它由高频开关管、变压器、整流电路、滤波电路和控制电路等组成。
反激变换器的工作原理如下：
1. 开关管控制：反激变换器中的高频开关管（如MOSFET或IGBT）通过开关动作，周期性地打开和关闭。
开关管的导通
和截止决定了输入电压是否能够向变压器传递。
2. 能量储存：当开关管导通时，输入电压通过变压器的主绕组向储能元件（如电感、变压器副绕组或电容）储存能量。
由于能量储存元件的特性，电流开始增加，同时电压开始降低。
3. 能量释放：当开关管截止时，储能元件会释放储存的能量。
电感元件的电流开始减小，通过变压器的副绕组向输出端提供能量。
此时输出端的电压会升高。
4. 输出整流：变压器副绕组的电压经过整流电路（如二极管桥）后，变成直流电压，用于供应负载。
5. 控制电路：反激变换器需要一个控制电路来监测输出电压，并根据需要调整开关管的导通和截止时机，以使输出电压保持稳定。
控制电路通常使用反馈回路和比较器来实现。
根据所需的输出电压和负载性质，反激变换器可以选择多种拓
扑结构，如单端反激、双端反激等。
同时，反激变换器还可以通过合理的设计，在开关管截止时将储能元件的能量转移到输入电压源中，实现能量的回馈，提高整体效率。
反激式变换器原理设计与实用
反激式变换器原理设计与实用反激式变换器是一种常用的直流-直流转换器，主要用于将直流电压转换为不同电压级别的直流电压。
它采用单端开关转换器结构，其基本原理是通过周期性开关和储能元件（如电感或变压器）来实现电源和负载之间的能量转换。
1.绝缘变压器：反激式变换器中常使用绝缘变压器，这样可以实现输入和输出之间的电气隔离。
绝缘变压器将电源的直流电压通过变压器的绝缘耦合转换为高频交流电压。
2.开关元件：反激式变换器中使用开关器件（如MOSFET或IGBT）来周期性地开关电源与负载之间的连接。
开关器件的导通和截止状态可以通过控制器来调节，以实现控制电压输出。
3.能量传输和储存：当开关器件导通时，电源能量传输到负载，同时电感或变压器中储存大量能量。
当开关器件截止时，储存的能量通过二级储能电容释放给负载。
4.输出稳压：通过控制开关器件的导通比例和开关频率，可以实现输出电压的稳定。
通过反馈调节，可以使输出电压保持恒定。
1.输入电流和电压：确定输入电流和电压的范围，以满足负载需求。
2.输出电压和电流：确定输出电压和电流的需求，以满足负载的要求。
3.转换效率：转换效率是衡量变换器性能的重要指标，需要合理选择开关器件和电感的参数，以提高转换效率。
4.稳定性和纹波：稳定性是指输出电压在不同负载和输入电压条件下保持稳定。
纹波是指输出电压的波动，需要合理选择滤波电感和电容的参数，以降低纹波。
5.保护功能：反激式变换器需要具备过压、过流和短路等保护功能，以保护开关器件和负载免受损坏。
总而言之，反激式变换器通过开关器件和储能元件实现了电源和负载之间的能量转换，具有结构简单、转换效率高的特点。
它的设计需要考虑输入输出电压和电流的需求，转换效率、稳定性和纹波的要求，同时还需要具备保护功能。
反激式变换器在电源和电子设备中具有广泛应用前景。
反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理
反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理1).反激式变换器的电路结构如图一.2).当开关管Q1导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b).当Q1导通,T1之初级线圈渐渐地会有初级电流流过,能量就会储存在其中.由于变压器初级与次级侧之线圈极性是相反的,因此二极管D1不会导通,输出功率则由Co来提供.此时变压器相当于一个串联电感Lp,初级线圈电流Ip可以表示为:Vdc=Lp*dip/dt此时变压器磁芯之磁通密度会从剩磁Br增加到工作峰值Bw.3.当Q1截止时, 其等效电路如图三(a)及在截止时次级电流波形,磁化曲线如图三(b).当Q1截止时,变压器之安匝数(Ampere-Turns NI)不会改变,因为∆B并没有相对的改变.当∆B向负的方向改变时(即从Bw降低到Br),在变压器所有线圈之电压极性将会反转,并使D1导通,也就是说储存在变压器中的能量会经D1,传递到Co和负载上.此时次级线圈两端电压为:Vs(t)=Vo+Vf (Vf为二极管D1的压降).次级线圈电流:Lp=(Np/Ns)2*Ls (Ls为次级线圈电感量)由于变压器能量没有完全转移,在下一次导通时,还有能量储存在变压器中,次级电流并没有降低到0值,因此称为连续电流模式或不完全能量传递模式(CCM).三.CCM模式下反激变压器设计的步骤1. 确定电源规格.1. .输入电压范围Vin=85—265Vac;2. .输出电压/负载电流:Vout1=5V/10A,Vout2=12V/1A;3. .变压器的效率ŋ=0.902. 工作频率和最大占空比确定.取:工作频率fosc=100KHz, 最大占空比Dmax=0.45.T=1/fosc=10us.Ton(max)=0.45*10=4.5usToff=10-4.5=5.5us.3. 计算变压器初与次级匝数比n(Np/Ns=n).最低输入电压Vin(min)=85*√2-20=100Vdc(取低频纹波为20V).根据伏特-秒平衡,有: Vin(min)* Dmax= (Vout+Vf)*(1-Dmax)*n.n= [Vin(min)* Dmax]/ [(Vout+Vf)*(1-Dmax)]n=[100*0.45]/[(5+1.0)*0.55]=13.644. 变压器初级峰值电流的计算.设+5V输出电流的过流点为120%;+5v和+12v整流二极管的正向压降均为1.0V. +5V输出功率Pout1=(V01+V f)*I01*120%=6*10*1.2=72W+12V输出功率Pout2=(V02+V f)*I02=13*1=13W变压器次级输出总功率Pout=Pout1+Pout2=85W如图四, 设Ip2=k*Ip1, 取k=0.41/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout/ŋIp1=2*Pout/[ŋ(1+k)*Vin(min)*Dmax]=2*85/[0.90*(1+0.4)*100*0.45]=3.00AIp2=0.4*Ip1=1.20A5. 变压器初级电感量的计算.由式子Vdc=Lp*dip/dt,得:Lp= Vin(min)*Ton(max)/[Ip1-Ip2]=100*4.5/[3.00-1.20]=250uH6.变压器铁芯的选择.根据式子Aw*Ae=Pt*106/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*ŋ],其中: Pt(变压器的标称输出功率)= Pout=85WKo(窗口的铜填充系数)=0.4Kc(磁芯填充系数)=1(对于铁氧体),变压器磁通密度Bm=1500 Gsj(电流密度): j=5A/mm2;Aw*Ae=85*106/[2*0.4*1*100*103*1500Gs*5*0.90]=0.157cm4考虑到绕线空间,选择窗口面积大的磁芯,查表:EER2834S铁氧体磁芯的有效截面积Ae=0.854cm2它的窗口面积Aw=148mm2=1.48cm2EER2834S的功率容量乘积为Ap =Ae*Aw=1.48*0.854=1.264cm4 >0.157cm4故选择EER2834S铁氧体磁芯.7.变压器初级匝数及气隙长度的计算.1).由Np=Lp*(Ip1-Ip2)/[Ae*Bm],得:Np=250*(3.00-1.20)/[85.4*0.15] =35.12 取Np=36由Lp=uo*ur*Np2*Ae/lg,得:气隙长度lg=uo*ur*Ae*Np2/Lp=4*3.14*10-7*1*85.4mm2*362/(250.0*10-3mH)=0.556mm 取lg=0.6mm2). 当+5V限流输出,Ip为最大时(Ip=Ip1=3.00A),检查Bmax.Bmax=Lp*Ip/[Ae*Np]=250*10-6*3.00/[85.4 mm2*36]=0.2440T=2440Gs <3000Gs因此变压器磁芯选择通过.8. 变压器次级匝数的计算.Ns1(5v)=Np/n=36/13.64=2.64 取Ns1=3Ns2(12v)=(12+1)* Ns1/(5+1)=6.50 取Ns2=7故初次级实际匝比:n=36/3=129.重新核算占空比Dmax和Dmin.1).当输入电压为最低时: Vin(min)=100Vdc.由Vin(min)* Dmax= (Vout+Vf)*(1-Dmax)*n,得:Dmax=(Vout+Vf)*n/[(Vout+Vf)*n+ Vin(min)]=6*12/[6*12+100]=0.4182).当输入电压为最高时: Vin(max)=265*1.414=374.7Vdc.Dmin=(Vout+Vf)*n/[(Vout+Vf)*n+ Vin(max)]=6*12.00/[6*12.00+374.7]=0.1610. 重新核算变压器初级电流的峰值Ip和有效值Ip(rms).1).在输入电压为最低Vin(min)和占空比为Dmax条件下,计算Ip值和K值.(如图五)设Ip2=k*Ip1.实际输出功率Pout'=6*10+13*1=73W1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout'/ŋ(1)K=1-[Vin(min)* Ton(max)]/(Ip1*Lp) (2)由(1)(2)得:Ip1=1/2*{2*Pout'*T/[ŋ* Vin(min)*Ton(max)]+Vin(min)* Ton(max)/Lp}=0.5*{2*73*10/[0.90*100*4.18]+100*4.18/250.0}=2.78AK=1-100*4.18/[2.78*250]=0.40Ip2=k*Ip1=2.78*0.40=1.11A2).初级电流有效值Ip(rms)=[Ton/(3T)*(Ip12+Ip22+Ip1*Ip2)]1/2=[0.418/3*(2.782+1.112+2.78*1.11)] 1/2=1.30A11. 次级线圈的峰值电流和有效值电流计算:当开关管截止时, 变压器之安匝数(Ampere-Turns NI)不会改变,因为∆B并没有相对的改变.因此开关管截止时,初级峰值电流与匝数的乘积等于次级各绕组匝数与峰值电流乘积之和(Np*Ip=Ns1*Is1p+Ns2*Is2p).由于多路输出的次级电流波形是随各组负载电流的不同而不同, 因而次级电流的有效值也不同.然而次级负载电流小的回路电流波形,在连续时接近梯形波,在不连续时接近三角波,因此为了计算方便,可以先计算负载电流小的回路电流有效值.1).首先假设+12V输出回路次级线圈的电流波形为连续,电流波形如下(图一):1/2*[Is2p +Is2b]*toff/T=I02(3)Ls1*[Is2p–Is2b]/toff=V02+Vf (4)Ls2/Lp=(Ns2/Np)2(5)由(3)(4)(5)式得:Is2p=1/2*{2*I02/[1-D]+[V02+Vf]*[1-D]*T*Np2/[Ns22*Lp]}=0.5*{2*1/[1-0.418]+[12+1]*[1-0.418]*10*362/[72*250]}=5.72AIs2b =I01/[1-D]-1/2*[V01+Vf]*[1-D]*Np2/[Ns22*Lp]=1/0.582-0.5*13*0.582*10*362/[72*250]=-2.28A <0因此假设不成立.则+12V输出回路次级线圈的电流波形为不连续, 电流波形如上(图七). 令+12V整流管导通时间为t’.将Is2b=0代入(3)(4)(5)式得:1/2*Is2p*t’/T=I02(6)Ls1*Is2p/t’=V02+Vf (7)Ls2/Lp=(Ns2/Np)2(8)由(6)(7)(8)式得:Is2p={(V02+Vf)*2*I02*T*Np2/[Lp*Ns22]}1/2={2*1*[12+1]*10*362/[72*250]} 1/2=5.24At’=2*I02*T/ Is2p=2*1*10/5.24=3.817us2).+12V输出回路次级线圈的有效值电流:Is2(rms)= [t’/(3T)]1/2*Is2p=[3.817/3*10] 1/2*5.24=1.87A3).+5v输出回路次级线圈的有效值电流计算:Is1rms= Is2(rms)*I01/I02=1.87*10/1=18.7A12.变压器初级线圈和次级线圈的线径计算.1).导线横截面积:前面已提到,取电流密度j=5A/mm2变压器初级线圈:导线截面积= Ip(rms)/j=1.3A/5A/mm2=0.26mm2变压器次级线圈:(+5V)导线截面积= Is1(rms)/j=18.7A/5A/mm2=3.74 mm2(+12V)导线截面积= Is2(rms)/j=1.87A/5A/mm2=0.374mm22).线径及根数的选取.考虑导线的趋肤效应,因此导线的线径建议不超过穿透厚度的2倍.穿透厚度=66.1*k/(f)1/2k为材质常数,Cu在20℃时k=1.=66.1/(100*103)1/2=0.20因此导线的线径不要超过0.40mm.由于EER2834S骨架宽度为22mm,除去6.0mm的挡墙宽度,仅剩下16.0mm的线包宽度.因此所选线径必须满足每层线圈刚好绕满.3).变压器初级线圈线径:线圈根数=0.26*4/[0.4*0.4*3.14]=0.26/0.1256=2取Φ0.40*2根并绕18圈,分两层串联绕线.4).变压器次级线圈线径:+5V: 线圈根数=3.74/0.1256=30取Φ0.40*10根并绕3圈, 分三层并联绕线.+12V: 线圈根数=0.374/0.1256=3取Φ0.40*1根并绕7圈, 分三层并联绕线.5).变压器绕线结构及工艺.为了减小变压器的漏感,建议采取三文治绕法,而且采取该绕法的电源EMI性能比较好.四.结论.由于连续模式下电流峰值比不连续模式下小,开关管的开关损耗较小,因此在功率稍大的反激变换器中均采用连续模式,且电源的效率比较高.由于反激式变压器的设计是反激变换器的设计重点,也是设计难点,如果参数不合理,则会直接影响到整个变换器的性能,严重者会造成磁芯饱和而损害开关管,因此在设计反激变压器时应小心谨慎,而且变压器的参数需要经过反复试验才能达到最佳.。
反激变换器的原理与设计
反激变换器的原理与设计反激变换器（flyback converter）是一种常用的直流电源变换器，能够将输入电压转换为所需的输出电压。
它主要由能量存储元件（电感器）、开关管（MOSFET）以及输出电压反馈回路等组成。
下面将详细介绍反激变换器的工作原理和设计要点。
1.原理：在能量存储阶段，切换管导通，输入电压通过电感器（主电感L）充电，电能被存储在电感器和漏感（副电感Lm）中。
此时二极管（D）关断。
在能量释放阶段，切换管关断，电感器中储存的能量开始传输。
电感器的电压将上升到储能电容器（C）和负载上，形成输出电压。
漏感中储存的能量也开始传输。
此时，二极管导通，漏感中的能量传递给负载和储能电容器。
2.设计要点：（1）选择合适的开关元件：切换管应选择能承受输入电压和输出功率的MOSFET管。
无源减压型和有源减压型的选型要求不一样，要根据具体需求进行选择。
（2）合理设计变压器：变压器设计是反激变换器设计的关键，主要包括匝数计算、电感值确定、磁芯选型等。
合理设计变压器能提高效率，减小开关压降。
（3）选取合适的反馈控制方式：常用的控制方式有电流模式控制和电压模式控制。
电流模式控制适用于负载变化较大的场景，能够保持输出电流的稳定性；电压模式控制适用于负载变化较小的场景，能够保持输出电压的稳定性。
（4）合理选择电容器和滤波电路：电容器的选择应根据输出电流和负载的特点来确定合适的容值。
滤波电路的设计可以减小电磁干扰和输出纹波。
（5）考虑过渡过程和保护措施：在设计过程中还要考虑到启动过程的稳定性、变压器的漏电感对输出电压的影响、过电流保护、过压保护等方面的问题，以确保变换器的可靠性和安全性。
总结：反激变换器作为直流电源转换器的重要一环，其设计和应用十分广泛。
设计反激变换器时，需要根据具体的输入输出电压和负载要求，选择适当的元件和控制策略，合理设计变压器和电路，以及充分考虑保护和稳定性问题。
这样可以提高反激变换器的性能，实现高效稳定的电源转换。
(完整word版)反激电路
一、 单端反激变换器1、单端反激变换器的原理图如下：i 1i 2V o+-2、工作原理单端反激变换器主要用在250W 以下的电路中，其中的变压器既有变压器的作用，也有电感的作用其有两种工作方式：一是完全能量转换方式，即电感电流断续工作模式；二是不完全能量转换方式，即电感电流连续工作模式。
工作过程：当Tr 导通时，电源电流流过变压器原边，i1增加，其变化为11//L V dt di s =，而副边由于二极管D 的作用，i2为0，变压器磁心磁感应强度增加，变压器储能；当Tr 关断时，原边电流迅速降为0，副边电流i2在反激作用下迅速增大到最大值，然后开始线性减小，其变化为22//L V dt di o =，此时原边由于开关管的关断，电流为0，变压器磁心磁感应强度减小，变压器放能。
3、工作波形工作波形如下：连续工作模式： 断续工作模式：V g -V 2i 1i 2V Trt4、电压增益（1） 连续工作模式下的电压增益：理想状态下，由副副边绕组在一个周期中的伏秒值为0可得：s o s s T D V T nD V )1(11-= （1-1）故可得电压增益为：111D D nV V M s o -==（1-2） 而在实际中，由于变压器存在一次绕组内阻r1，二次绕组内阻r2，故可得：s o s s T D r I V T nD r I V )1)(()(122111--=- （1-3）而 o I I =2 （1-4）221/n r r = （1-5）o o s o o D nI D V I V I //11==（为计算方便，设Do=（1-D1）） （1-6）故将（1-4）（1-5）（1-6）代入（1-3）可得)1)((2121--==os o o s o D D nV r I D DnV V M (1-7) （2）断续工作模式下的电压增益：由面积相等可得式：2/2s p s o T D I T I ∆= (1-8)由s p o s s T D V T D nV =1可得V g-V 2i 1i 2V Trto s p V D nV D /1= （1-9）而 112/nL T D V I s s =∆ （1-10） 将（1-9）（1-10）代入（1-8）可得：1112L V D V T D V I o s s s o =（1-11）临界连续时，即可以看作连续又可以看作断续，此时：111D D nV V s o -=，所以临界连续电流为：112)1(nL D T D V I s s oc -=（1-12）当D=1/2时取最大值，为：18nL T V I ss ocm =（1-13） 将（1-13）代入（1-11），可得断续工作模式下的电压增益为：oocm s o I DI nV V M 214== （1-14）二、 双管反激变换器1、双管反激变换器原理图如下：V o+-2、工作原理当功率大于200W 的时候，不宜采用单端反激电路，可采用双管反激电路。
反激式和正激式变换器的工作原理
反激式和正激式变换器的工作原理反激式变换器和正激式变换器是电力电子领域中常见的两种变换器结构，它们在不同的应用场景下具有不同的工作原理。
一、反激式变换器的工作原理反激式变换器是一种常用的开关电源变换器，它通过开关管的开关动作来实现输入电压的变换。
反激式变换器一般由一个开关管、一个变压器、一个滤波电容和一个负载组成。
1. 工作原理反激式变换器的工作原理主要分为两个阶段：导通阶段和关断阶段。
导通阶段：当开关管导通时，变压器的一侧与输入电源相连，另一侧与负载相连。
此时，输入电流通过变压器的一侧流入，变压器的另一侧产生电磁感应，使得负载得到相应的电压。
关断阶段：当开关管关断时，变压器的一侧与负载相连，另一侧与滤波电容相连。
此时，由于变压器一侧的电流无法立即变为零，电流会通过滤波电容继续流向负载，从而使得负载得到稳定的电压。
2. 特点与应用反激式变换器具有体积小、成本低、效率高等优点，广泛应用于电力电子产品中。
例如，电视机、计算机、手机充电器等都采用了反激式变换器作为其电源模块，提供稳定的直流电压。
二、正激式变换器的工作原理正激式变换器是一种将输入电压转换为输出电压的变换器，它通过不断开关的方式来实现电压的变换。
正激式变换器一般由一个开关管、一个变压器、一个整流电路和一个滤波电容组成。
1. 工作原理正激式变换器的工作原理主要分为两个阶段：导通阶段和关断阶段。
导通阶段：当开关管导通时，输入电流通过变压器的一侧流入，变压器的另一侧产生电磁感应，使得负载得到相应的电压。
关断阶段：当开关管关断时，变压器的一侧与整流电路相连，另一侧与滤波电容相连。
此时，由于变压器一侧的电流无法立即变为零，电流会通过整流电路继续流向负载，从而使得负载得到稳定的电压。
2. 特点与应用正激式变换器具有输出电压稳定、抗干扰能力强等优点，广泛应用于电力电子领域中。
例如，直流电源、变频器等都采用了正激式变换器作为其电源模块，提供稳定的输出电压。
反激变换器的原理与设计(经典)
1.原边峰值电流 2.原边电感 3.磁芯截面积 4.磁感应强度
I 1 pk
2 U out I out
U in Dmax
L1 p
U in(min) Ton(max) I 1 pk
磁感应强度一般不超过0.3T.
1.功率变压器的设计
现在我们知道了:1.磁芯型号 2.原边匝数 3.副边匝数
对于变压器设计来说: 我们相当于完成了30%的任务.但是我们心里有底了!
二.反激变换器的基本工作原理
(二)反激变换器的气隙问题
反激变换器的能量究竟是存在气隙里还是磁芯里??
现在我们假设存在气隙,则存储在磁芯中的能量:
存储在气隙中的能量:
0 真空磁导率
r 相对磁导率
Lg 气隙长度
Eg
B2Lg Ae
20
Ec
B2Le Ae
20r
气隙存储能量 磁芯存储能量
Eg Ec
Lg r
Le
二.反激变换器的基本工作原理
假设有一个变压器:
相对磁导率为2000 气隙长度为1mm, 磁路长度为100mm,的磁环
气隙存储能量 磁芯存储能量
Eg Ec
Lg r
Le
1 2000 100
20 1
结论: 反激变换器决大部分能量存储在气隙里.
磁路和电路的相似性去理解磁路.
二.反激变换器的基本工作原理
三.反激变换器功率器件的设计
1.功率变压器的设计 2.功率MOS管的选择 3.功率整流管的选择
1.功率变压器的设计
(1)确定匝比
N U D in(min) max U out (1 Dmax)
U1 N1 U2 N2
UinTon N U T out off
反激变换器的原理与设计
反激变换器
16
反激变换器 • 电路拓扑更为简洁，易于控制 • 在中小功率变换场合（200W以下）应用 广泛 • 适合多路输出场合
17
2.2 反激变换器的原理与设计
图2-1 反激变换器电路
18
2.2.1 原理分析
i1
0
t
i2
0 DTs Ts (1+D)Ts t
( a ) CCM模 式
i1
7
双管正激式
8
双管正激式 • 电路结构简单，适用于中小功率场合 • 不需采取附加复位电路来实现变压器 磁芯磁复位 • 功率管的占空比要小于0.5
9
推挽变换器
10
推挽变换器 • 电路结构简单 • 变压器磁芯双向磁化 • 电路必须有良好的对称性，否则容易引起
直流偏磁导致磁芯饱和 • 变压器绕组必须紧密耦合，以减小漏感
U
2 i min
TO2N
max
POmax 2TS
0 N12SC 108
(2-19)
B
U i TON N1SC 108
(2-20)
根据(2-19)、(2-20)式，可得磁芯上所开气隙长度 为
2Po max TS0 B2SC 108
2 20 3.33106 0.4 17002 0.4118 0.75108
31
④ DCM模式时，变压器副边整流二极管在原边 功率管再次开通前电流已下降到零，没有二 极管反向恢复问题； CCM模式时，则存在副边整流二极管的反向 恢复问题。
32
2.2.2 20W 27VDC/+15V(1.0A)、-5V(0.2A)、 +5V(0.4A)机内稳压电源设计与试验
* 设计为DCM模式； * 采用电流型控制方式； * 功率电路采用RCD箝位反激变换器
反激变换器——精选推荐
5.2 反激变换器反激变换器就是在Buck-Boost变换器的开关管与续流二极管之间插入高频开关变压器，从而实现输入与输出电气隔离的一种DC-DC变换器，因此，反激变换器实际上就是带隔离的Buck-Boost变换器。
反激变换器能量传输的时机与正激变换器正好相反，它是在开关关断期间向负载传输能量。
由于反激变换器的高频变压器除了起变压作用外，还相当于一个储能电感，因此，反激变换器也称之为“电感储能式变换器”或“电感变换器”。
5.2.1 单管反激变换器的组成和工作原理1. 单管反激变换器的电路组成及工作原理单管反激变换器的主电路结构如图5.2.1所示，图中V i为输入电压、V O为输出电压、i O 为输出电流、VT为开关管，VD为续流二极管、C为输出滤波电容、R L为负载电阻。
L1、L2为高频变压器T的原、副边分别对应的电感，流过原、副边的电流分别为i N1、i N2，变压器变比n=N1/N2，变压器变比的倒数用“γ”表示，即γ= N2/N1（后面的分析会发现：对于反激变换器，其有关表达式中用“γ”表示更好）。
oV图5.2.1单端反激变换器的主电路图单管反激变换器的工作原理：在开关管VT导通期间，输入电压V i加在一次电感L1上，流过原边的电流i N1线性增加，高频变压器将电能转换成磁能储存在电感L1中。
因二次绕组同名端与一次绕组同名端相反，使得整流二极管VD因反偏而截止，二次侧无电流流过，负载仅由输出滤波电容C提供电能。
在开关管VT关断期间，流过原边的电流i N1变为零，其变压器二次侧感应电压使续流二极管VD正偏而导通，储存在变压器原边电感L1中的磁能通过互感耦合到L2，变压器释放能量，流过变压器副边的电流i N2线性减小。
可见，反激变换器的高频变压器实际是一个初级与次级紧密耦合的电感器。
显然，对于反激变换器，当晶体管导通时，高频开关变压器的初级电感线圈储存能量；而当晶体管关断时，初级线圈中储存的能量才通过次级线圈释放给负载，即反激变换器在开关管导通期间储存能量，而在开关管关断期间才向负载传递能量。
反激变换器工作原理
反激变换器工作原理反激变换器是一种常用的电力转换器，它通过周期性地打开和关闭开关管来实现输入电压的转换。
它主要由开关管、变压器、电感器、电容器和负载组成。
反激变换器的工作原理如下：1. 开关管：反激变换器通常采用MOSFET或IGBT作为开关管。
开关管在工作周期内周期性地打开和关闭，通过控制开关管的导通和截止状态来调节输出电压。
2. 变压器：变压器是反激变换器的核心部件之一，它由一个或多个绕组组成，将输入电压转换为所需的输出电压。
开关管的开关状态改变会导致变压器中的磁场变化，从而产生电压变化。
3. 电感器和电容器：电感器和电容器通常用来滤除变压器输出的脉动，以平稳输出电压。
电感器能够储存电能并提供稳定的电流，而电容器则能存储电能并提供平稳的电压。
4. 负载：负载是反激变换器的输出部分，它可以是各种各样的电子设备，如电脑、手机等。
负载对于电压的要求不同，因此反激变换器需要根据负载的需求来调节输出电压。
反激变换器的工作过程如下：1. 当开关管导通时，输入电流通过开关管、变压器和电容器，形成一个闭合回路。
同时，变压器的绕组储存能量，电容器储存电荷。
2. 当开关管截止时，闭合回路断开，变压器绕组中的磁场塌陷，产生一个反向的电压。
该电压在电感器和电容器的作用下，使得输出电压大于输入电压，并提供给负载。
3. 根据负载的需求，反激变换器会周期性地控制开关管的开关状态，以使输出电压保持稳定。
当开关管重新导通时，循环重新开始。
反激变换器通过打开和关闭开关管，利用变压器、电感器和电容器的储能和释能特性，将输入电压转换为所需的输出电压，以满足负载的工作要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
双重绝缘或加强绝缘 基本绝缘或附加绝缘 基本绝缘或附加绝缘 基本绝缘
>250V ≥150V，≤250V ≥150V，≤250V <150V
谢谢!
16V-100V输入
24V输出
二.反激变换器的基本工作原理
(一)反激变换器的工作过程:
(二)反激变压器的气隙问题
(三)反激变换器的假负载问题: (四)反激变换器的占空比问题:
二.反激变换器的基本工作原理
(一)反激变换器的工作过程:
开通
关断
1.开通: 把能量存储在磁芯和气隙里 2.关断: 把存储在磁芯和气隙里能量通过次级绕组释放给负载
耐压测试中施加峰值脉冲电 压 Up 当CR≤1.0uF，Up=4.0kV； 当CR>1uF，Up=4/CR1/2 kV.
X2
≤2.5kV
Ⅱ
普通
当CR≤1.0uF，Up=2.5kV； 当CR>1.0uF，Up=2.2/CR1/2 —
X3
≤1.2kV
—
普通
4.X与Y电容
Y电容的电压等级情况见下表： 安规电容 安全等级 Y1 Y2 Y3 Y4 绝缘类型 额定电压范围 耐压测试中施加峰 值脉冲电压 Up 8.0kV 5.0kV — 2.5kV
因此得出:
1.传导测试的频率为:150KHz--30MHz 2.辐射为30MHz--1GHz
2. 共模噪声与差模噪声
共模噪声:共模噪声存在于L与PE之间和N与PE之间,大小相等,相位相同. 差模噪声:差模噪声存在于L与N之间,大小相等,相位相差180度.
3.共模电感与差模电感
共模电感
共模噪声通路: 输入
1.功率变压器的设计
(3)确定原边匝数
N1
L1 p I1 pk Ae Bw
从公式可以看出,在确定原边匝数的时候,我们需要确定四个量. 1.原边峰值电流 2.原边电感 3.磁芯截面积 4.磁感应强度
I 1 pk
2 U out I out U in Dmax
U in(min) Ton (max) I1 pk
Lcm1
Cy PE
Lcm2 PE
Cy
输出
3.共模电感与差模电感
差模电感
差模电感
4.X与Y电容
4.X与Y电容
安规电容根据使用场合的不同有不同的电压等级，X电容的电压等级情况见下表：
安规电容 安全等级 X1
应用中允许的 峰值脉冲电压 >2.5kV ≤4.0kV
过电压等级 （IEC664）
应用场 合 高峰值 脉冲电 压
二.反激变换器的基本工作原理
(二)反激变换器的气隙问题
反激变换器的能量究竟是存在气隙里还是磁芯里??
现在我们假设存在气隙,则存储在磁芯中的能量: 存储在气隙中的能量:
0 r
Lg
真空磁导率 相对磁导率 气隙长度
Eg
B2 Lg Ae 20
B2 Le Ae Ec 20 r
气隙存储能量 E g Lg r 磁芯存储能量 Ec Le
二.反激变换器的基本工作原理
思考题:
1.如果把气隙继续加大,那么存储的能量是否一直加大? 2.反激变换器为什么要加气隙? 3.如果不加气隙反激变换器能工作吗?
漏掉的太多啦! 举例:
1.不加气隙 2.正激变换器加了气隙
储能啊!
二.反激变换器的基本工作原理
(三)反激变换器的假负载问题:
炸!
反激变换器如果没有负载,会出现什么情况?
反过来看：
伏秒平衡就是磁心正向磁化等于反向磁化，也就是磁平衡。
(二).铁损=铜损的讨论
“铁损=铜损”的来源:
工频变压器设计中： 1.绕组较多 2.绕组占面积大 高频变压器设计中: 采用非常细的漆包线作为绕组. 这一经验法则并不成立。
工频变压器优化设计经验
在开关电源高频变压器设计中，确定优化设计有很多因素，而“铁损=铜损”其实是
L1 p
磁感应强度一般不超过0.3T.
1.功率变压器的设计
现在我们知道了:1.磁芯型号 对于变压器设计来说: 我们相当于完成了30%的任务.但是我们心里有底了! 2.原边匝数 3.副边匝数
剩下的任务:
1.确定原边线径大小 2.确定副边线径大小 3.确定气隙 4.确定绕法 5.计算损耗
6.别忘了还有穿透深度的问题,选导线要注意
1.X电容 2.Y电容 3.共模电感 4.差摸电感
1. 传导与辐射
辐射
30MHz--1GHz
数 字 视 频 设 备
开关电源
150KHz--30MHz
传导
1. 传导与辐射
电磁波的波长与频率的关系式:
当频率 f=30MHz的时候,电磁波的波长正好是10m.
V f
1.当频率大于30MHz时:
此时我们的电源线还不足一个波长,向空中辐射的效率很低,噪声主要从导线上跑了. 2.当频率大于30MHz时: 电磁波的波长越来越短,噪声主要以空间辐射为主了.
二.反激变换器的基本工作原理
假设有一个变压器:
相对磁导率为2000 气隙长度为1mm, 磁路长度为100mm,的磁环
气隙存储能量 E g Lg r 1 2000 20 磁芯存储能量 Ec Le 100 1
结论: 反激变换器决大部分能量存储在气隙里.
磁路和电路的相似性去理解磁路.
(d)是隔离的升降压变换器；
一.反激变换器的拓扑分析
BUCK-BOST变换器应用举例:
太阳能LED照明灯一种应用电路
希望大家能理解:
BUCK—BOST变换器：既可以升压也可以降压!
一.反激变换器的拓扑分析
Flyback变换器的特点：
1.具有隔离功能的BUCK—BOST变换器 2.既可以升压也可以降压
最少受关注的一个方面。 在高频变压器的设计中，铁损和铜损可以相差较大，有时 两者差别甚至可以达到一个数量级之大，但这并不代表该高频变压器设计不好。
举例：凌太华的项目
(三).导线的的电密一般取为2A/mm2--4A/mm2
结论:
1.优化设计与绕组电流密度大小并没有关系。 2.这样的取的目的是为了简化计算,但并不是最优
B
U T NS
U in Ton B N pS
B U o Toff Ns S
正向磁化等于反向磁化
U in Ton U o Toff Np Ns
(一).伏秒平衡原理的理解 伏 秒
秒
伏
U in Ton U o Toff Np Ns
结论:
原边伏秒积 每匝 副边伏秒积 每匝
(一).伏秒平衡原理的理解
法拉第电磁感应定律： 可以推出：U N
d UN dt
d ( BS ) dt
dB B U NS NS dt T
U T B NS
(一).伏秒平衡原理的理解
U T B NS
对于反激变换器而言： Q导通期间：磁芯正向磁化 Q关断期间：磁芯反向磁化
举例：MPW1500-48A就把反激做成70%。
三.反激变换器功率器件的设计
1.功率变压器的设计 2.功率MOS管的选择 3.功率整流管的选择
1.功率变压器的设计
(1)确定匝比
U 1 N1 U2 N2
说明: 最大占空比一般情况下我们设计为小于0.5; 如果是刚学设计变压器,不妨设为0.5; 匝比要保证在最低输入电压情况下能满载输出
1.功率整流管承受的最大反向关断电压 2.功率整流管承受的最大导通电流
最大反向关断电压 = 输入电压/匝比 + 输出电压
最大电流 = 变压器副边峰值电流=原边峰值电流 * 匝比
注:这是理论计算数值,实际上比这高!
四.变压器设计中几个概念的探讨
(一).伏秒平衡原理的理解
(二).铁损=铜损的讨论 (三).导线的的电密一般取为2A/mm2--4A/mm2
2.功率MOS管的选择
功率MOS管选择的最主要参数: 1.MOS管关断期间承受的最大关断电压 2.MOS管开通时承受的最大导通电流 MOS管承受的最大关断电压 = 输入电压 + 输出电压 * 匝比 MOS管承受的最大电流 = 变压器原边峰值电流
注:这是理论计算数值,实际上比这高!
3.功率整流管的选择
反激变换器的原理与设计
CP-HW开发部 贺文涛
内容提纲
一.反激变换器的拓扑分析
二.反激变换器的基本工作原理
三.反激变换器的主功率器件设计 四.变压器设计中几个概念的探讨 五.输入滤波器中几个概念的简单介绍
一.反激变换器的拓扑分析
(a)是降压变换器；
(b)是升压变换器（一般不超过5倍)；
(c)是升降压变换器；
有时候我们看不到假负载,并不代表没有假负载,可能是 利用电压采样电路代替假负载
二.反激变换器的基本工作原理
(四)反激变换器的占空比问题: 小于50%:
一般情况下，反激变换器的占空比都做成小于50%，这样 做的目的，可能是因为反激功率比小，做成电流断续模 式比较容易。
大于50%:
但是我们应该明白，反激变换器的占空比可以大于 50%，从理论上说，只要满足伏秒平衡既可。
导线的优化设计要点:
1.绕组中有多少损耗， 2.散热措施是否足散热时,电密要取的很小. 第二种情况: 油浸散热时,电密可以取的很大.
在开关电源的实际研制中:
我们并不关心电流密度是多大，而关心的只是线包有多热？温升和损耗是否可以接受？
五. 输入滤波器概念的简单介绍
N
U in(min) Dmax U out (1 Dmax )
U inTon N U out Toff
1.功率变压器的设计
(2)磁芯的初步选择
有经验的工程师: 基本上一步选择到位,然后稍加调整既可. 对于我们刚刚上手的兄弟们: 我们可以通过查表,粗略的估计变压器的基本型号.