反激开关电源原理
反激式变压器开关电源工作原理
反激式变压器开关电源工作原理反激式变压器开关电源工作原理比较简单，输出电压控制范围比较大，因此，在一般电器设备中应用最广泛。
1-7-1．反激式变压器开关电源工作原理所谓反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直流脉冲电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源。
图1-19-a是反激式变压器开关电源的简单工作原理图，图1-19-a中，Ui是开关电源的输入电压，T是开关变压器，K是控制开关，C是储能滤波电容，R是负载电阻。
图1-19-b是反激式变压器开关电源的电压输出波形。
把图1-19-a与图1-16-a进行比较，如果我们把图1-16-a中开关变压器次级线圈的同名端对调一下，原来变压器输出电压的正、负极性就会完全颠倒过来，图1-19-b所示的电压输出波形基本上就是从图1-16-b的波形颠倒过来的。
不过，因为图1-16-b的波形对应的是纯电阻负载，而图1-19-b的负载是一个储能滤波电容和一个电阻并联。
由于储能滤波电容的容量很大，其两端电压基本不变，变压器次级线圈输出电压uo相当于被整流二极管和输出电压Uo进行限幅，因此，图1-16-b中输出电压uo的脉冲尖峰完全被削除，被限幅后的剩余电压幅值正好等于输出电压Uo的最大值Up，同时也等于变压器次级线圈输出电压uo的半波平均值Upa。
下面我们来详细分析反激式变压器开关电源的工作过程（参考图1-20）。
图1-19-a中，在控制开关K接通的Ton期间，输入电源Ui对变压器初级线圈N1绕组加电，初级线圈N1绕组有电流i1流过，在N1两端产生自感电动势的同时，在变压器次级线圈N2绕组的两端也同时产生感应电动势，但由于整流二极管的作用，没有产生回路电流。
相当于变压器次级线圈开路，变压器次级线圈相当于一个电感。
因此，流过变压器初级线圈N1绕组的电流就是变压器的励磁电流，变压器初级线圈N1绕组两端产生自感电动势可由下式表示：或上式中，e1为变压器初级线圈N1绕组产生的自感电动势，L1是变压器初级线圈N1绕组的电感，N1为变压器初级线圈N1绕组线圈绕组的匝数，为变压器铁心中的磁通。
反激式开关电源原理
反激式开关电源原理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"(FL Y BACK)的具体所指是当输入为高电平(开关管接通)时输出线路中串联的电感为放电状态,相反当输入为高电平(开关管断开)时输出线路中的串联的电感为充电状态.与之相对的是"正激"(FORWARD)式开关电源,当输入为高电平(开关管接通)时输出线路中串联的电感为充电状态,相反当输入为高电平(开关管断开)时输出线路中的串联的电感为放电状态,以此驱动负载.电机配导线（电机一个千瓦大约2A）"1.5加二，2.5加三""4后加四，6后加六""25后加五，50后递增减五""百二导线，配百数" 该口诀是按三相380V交流电动机容量直接选配导线的。
"1.5加二"表示1.5mm2的铜芯塑料线，能配3.5kW的及以下的电动机。
由于4kW 电动机接近3.5kW的选取用范围，而且该口诀又有一定的余量，所以在速查表中4kW以下的电动机所选导线皆取1.5mm2。
"2.5加三"、"4后加四"，表示2.5mm2及4mm2的铜芯塑料线分别能配5.5kW、8kW电动机。
"6后加六"，是说从6mm2的开始，能配"加大六"kW的电动机。
即6mm2的可配12kW，选相近规格即配1lkW电动机。
10mm2可配16kW，选相近规格即配15kW电动机。
16mm2可配22kW电动机。
这中间还有18.5kW电动机，亦选16mm2的铜芯塑料线。
"25后加五"，是说从25mm2开始，加数由六改为五了。
即25mm2可配30kW的电动机。
35mm2可配40kW，选相近规格即配37kW电动机。
"50后递增减五"，是说从50mm2开始，由加大变成减少了，而且是逐级递增减五的。
反激式开关电源(flyback)环路设计基础
反激式开关电源(flyback)是一种常见的电源结构，广泛应用于电子设备中。
它具有结构简单、成本低廉、效率高等优点，在消费电子、工业控制和通信设备等领域被广泛应用。
本文旨在介绍反激式开关电源环路设计的基础知识，包括工作原理、设计步骤和注意事项。
一、反激式开关电源的工作原理1.1 反激式开关电源的基本结构反激式开关电源由输入滤波器、整流桥、高频变压器、功率开关器件、输出整流滤波器、控制电路等组成。
其中，高频变压器是反激式开关电源的关键部件，通过变压器实现输入电压的隔离和变换，功率开关器件则控制变压器的工作状态，实现电源的调节和稳定输出。
1.2 反激式开关电源的工作原理反激式开关电源通过功率开关器件周期性地将输入电压斩波，将输入电能存储在变压器的磁场中，然后再将其转换为输出电压。
在工作周期的后半段，存储的能量释放到输出负载上，从而实现对输出电压的调节。
通过控制功率开关器件的导通时间和断态时间，可以实现对输出电压的调节和稳定。
二、反激式开关电源环路设计的基础知识2.1 反激式开关电源的设计步骤（1）确定电源的输入输出参数：包括输入电压范围、输出电压、输出电流、负载调整范围等；（2）选择功率开关器件和高频变压器：根据电源的输入输出参数和工作频率选择合适的功率开关器件和高频变压器；（3）设计反激式开关电源的控制电路：根据所选的功率开关器件和高频变压器设计相应的控制电路，包括PWM控制电路、电源启动电路等；（4）设计输入输出滤波器和保护电路：设计输入输出滤波器，保证电源的输入输出稳定和干净，设计过压、过流、过温等保护电路，保证电源的安全稳定工作。
2.2 反激式开关电源环路设计的注意事项（1）磁性元件的设计：高频变压器和输出感应元件的设计是整个反激式开关电源设计的关键，应合理设计磁芯、线圈匝数等参数，保证磁性元件承载功率、效率和体积的平衡；（2）功率开关器件的选择和驱动：应选择合适的功率开关器件，并设计合理的驱动电路，保证功率开关器件的可靠工作和转换效率；（3）控制电路的设计：应根据功率开关器件的工作特性和工作频率设计合适的PWM控制电路和反馈控制电路，保证电源的稳定可调；（4）输入输出滤波器和保护电路的设计：应合理设计输入输出滤波器和保护电路，保证电源的输入输出稳定和安全可靠。
反激电源的工作原理
反激电源的工作原理反激电源是现代电子电路中经常使用的一种开关电源。
它是一种高效率、高可靠性、小尺寸、低成本的电源设计方案，常被用于各种电子设备的电源供给，例如电视机、计算机、工业控制器等。
反激电源的基本工作原理是通过高频开关器件把直流电能变换成高频脉冲电能，再通过功率变换器将高频电能转换成符合负载要求的直流电能。
反激电源的优点在于它可以承受大电流和高功率，同时也可以轻松的实现电压和电流的调节，使其在电源供给中具有良好的稳定性和适应性。
反激电源由基本元件、开关器件、功率变换器、输出滤波电路等几个部分组成，下面将对各部分的工作原理进行详解：1.基本元件基本元件是指反激电源中使用的主要电子元件，包括变压器、电感、电容等。
基本元件的作用是为反激电源提供能量储备和能量转移，同时也能实现电压或电流的升降调节。
其中，变压器是反激电源中最关键的基本元件之一，通过升高或降低交流电压来实现直流电压的升降调节。
电感和电容则主要用于实现电流和电压的平滑和稳定输出。
2.开关器件反激电源中使用的开关器件主要有场效应管、IGBT管、高压晶体管等，这些开关器件都能够实现高效的功率转换和电量控制，同时还能够在高功率负载下有效的保护整个电源系统。
开关器件的工作原理可以描述为：当开关器件处于导通状态时，电源输入的电流通过开关器件进入电感中储存能量；而当开关器件处于关断状态时，电感中的储存能量被释放，流向输出负载中，完成电源供给的工作。
3.功率变换器功率变换器是反激电源中实现高频脉冲电能转换为直流电能的核心部件，它由基本元件和开关器件组成。
功率变换器的最基本的工作原理就是利用高速开关器件，将高频信号转换为定幅值的脉冲，再通过基本元件进行整流、滤波等处理，最终输出符合要求的直流电源。
在功率变换器的工作中，反激电源采用换流式结构或谐振式结构，因此能够在高速开关状态下快速转换电源，实现高效的电源输出。
4.输出滤波电路输出滤波电路主要功能是通过滤波器将功率变换器所输出的脉冲波形进行滤波、平滑处理，在输出端口实现稳定、清洁的直流电源输出。
反激式开关电源工作原理及波形分析
反激式开关电源工作原理及波形分析
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反激式开关电源工作时可以简化为下图所示电路：
Mos管控制原边（左侧）电流的通断。
Mos管导通时：
电感充电（实则为建立磁通），副边二极管截止，无电流。
Mos管断开时：
由于电流不同突变（实际上是磁通不能突变），于是在副边形成感应电流，二极管导通。
原边反射电压：
副边有电流流通时，会在原边感应出一个电压（下+上-），叠加在输入电压上。
原边的尖峰电压：
由于漏电感的存在，该部分的磁通没有通过磁芯耦合到副边，因此mos管断开时，会产生很大的电压来维持电流，从而达到维持磁通的目的。
振荡波形：
Mos管关断时尾部有振荡，是由于开关电流工作在断续模式时，能量释放完全后，原边、副边无电流。
此时原边的电路可以等效为电源+电感+电容（Mos 管输入电容），发生谐振。
实测波形如下：
（黄色为mos驱动，绿色为mos管的VDS，粉色是原边线圈的电流）。
反激式开关电源工作原理及波形分析
反激式开关电源工作时可以简化为下图所示电路：
Mos管控制原边（左侧）电流的通断。
Mos管导通时：
电感充电（实则为建立磁通），副边二极管截止，无电流。
Mos管断开时：
由于电流不同突变（实际上是磁通不能突变），于是在副边形成感应电流，二极管导通。
原边反射电压：
副边有电流流通时，会在原边感应出一个电压（下+上-），叠加在输入电压上。
原边的尖峰电压：
由于漏电感的存在，该部分的磁通没有通过磁芯耦合到副边，因此mos管断开时，会产生很大的电压来维持电流，从而达到维持磁通的目的。
振荡波形：
Mos管关断时尾部有振荡，是由于开关电流工作在断续模式时，能量释放完全后，原边、副边无电流。
此时原边的电路可以等效为电源+电感+电容（Mos管输入电容），发生谐振。
实测波形如下：
（黄色为mos驱动，绿色为mos管的VDS，粉色是原边线圈的电流）。
反激式开关电源工作原理及波形分析
反激式开关电源工作时可以简化为下图所示电路：
Mos管控制原边（左侧）电流的通断。
Mos管导通时：
电感充电（实则为建立磁通），副边二极管截止，无电流。
Mos管断开时：
由于电流不同突变（实际上是磁通不能突变），于是在副边形成感应电流，二极管导通。
原边反射电压：
副边有电流流通时，会在原边感应出一个电压（下+上-），叠加在输入电压上。
原边的尖峰电压：
由于漏电感的存在，该部分的磁通没有通过磁芯耦合到副边，因此mos管断开时，会产生很大的电压来维持电流，从而达到维持磁通的目的。
振荡波形：
Mos管关断时尾部有振荡，是由于开关电流工作在断续模式时，能量释放完全后，原边、副边无电流。
此时原边的电路可以等效为电源+电感+电容（Mos管输入电容），发生谐振。
实测波形如下：
（黄色为mos驱动，绿色为mos管的VDS，粉色是原边线圈的电流）。
反激开关电源的工作原理
反激开关电源的工作原理
反激开关电源是一种常见的电源转换器，用于将直流电转换为高频交流电，并经过变压器变换输出所需要的电压。
该电源的工作原理如下：
1. 输入电压通过整流电路转换为直流电压，供给电容器充电。
2. 当电容器充满电后，触发器工作，通过控制开关管切换开关管的导通方式，使得输出变为高频交流电。
3. 高频交流电通过变压器进行变压处理。
变压器的一侧连接输出负载，另一侧与开关管相连。
4. 在开关管导通的一段时间内，变压器储存一部分能量，并将其传递到输出负载，从而实现电压变换。
5. 在开关管截止的另一段时间内，变压器中的储能被释放到输出负载，输出电压维持稳定。
6. 通过控制开关管的导通时间与截止时间的比例，可以调整输出电压的大小。
7. 反激开关电源中还设置有保护电路，当输入电压发生异常或者输出负载出现问题时，可以及时切断电源，防止损坏电子元件。
总的来说，反激开关电源通过控制开关管的导通和截止来实现直流电压到高频交流电的转换，再经过变压器变换输出所需电压。
其工作原理主要依赖于开关管和变压器的协同工作，通过周期性切换开关管状态来实现能量的转换和传递。
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星期一, 05/11/2009 - 09:42 —陶显芳1-7．反激式变压器开关电源反激式变压器开关电源工作原理比较简单，输出电压控制范围比较大，因此，在一般电器设备中应用最广泛。
1-7-1．反激式变压器开关电源工作原理所谓反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源。
图1-19-a是反激式变压器开关电源的简单工作原理图，图1-19-a中，Ui是开关电源的输入电压，T是开关变压器，K是控制开关，C是储能滤波电容，R是负载电阻。
图1-19-b是反激式变压器开关电源的电压输出波形。
把图1-19-a与图1-16-a进行比较，如果我们把图1-16-a中开关变压器次级线圈的同名端对调一下，原来变压器输出电压的正、负极性就会完全颠倒过来，图1-19-b所示的电压输出波形基本上就是从图1-16-b的波形颠倒过来的。
不过，因为图1-16-b的波形对应的是纯电阻负载，而图1-19-b的负载是一个储能滤波电容和一个电阻并联。
由于储能滤波电容的容量很大，其两端电压基本不变，变压器次级线圈输出电压uo相当于被整流二极管和输出电压Uo进行限幅，因此，图1-16-b中输出电压uo的脉冲尖峰完全被削除，被限幅后的剩余电压幅值正好等于输出电压Uo的最大值Up，同时也等于变压器次级线圈输出电压uo的半波平均值Upa。
下面我们来详细分析反激式变压器开关电源的工作过程(参考图1-20)。
图1-19-a中，在控制开关K接通的Ton期间，输入电源Ui对变压器初级线圈N1绕组加电，初级线圈N1绕组有电流i1流过，在N1两端产生自感电动势的同时，在变压器次级线圈N2绕组的两端也同时产生感应电动势，但由于整流二极管的作用，没有产生回路电流。
相当于变压器次级线圈开路，变压器次级线圈相当于一个电感。
因此，流过变压器初级线圈N1绕组的电流就是变压器的励磁电流，变压器初级线圈N1绕组两端产生自感电动势可由下式表示：e1 = L1di/dt = Ui —— K接通期间(1-98)或e1 = N1dф/dt = Ui —— K接通期间(1-99)上式中，e1为变压器初级线圈N1绕组产生的自感电动势，L1是变压器初级线圈N1绕组的电感，N1为变压器初级线圈N1绕组线圈绕组的匝数，ф为变压器铁心中的磁通。
对(1-98)和(1-99)式进行积分，由此可求得：i1 =Ui*t/L1 ＋i(0) —— K接通期间(1-100)ф=Ui*t/N1 ＋ф (0) —— K关断瞬间(1-101)上式中，i1是流过变压器初级线圈N1绕组的电流，ф为变压器铁心中的磁通；i1(0)为变压器初级线圈中的初始电流，即：控制开关刚接通瞬间流过变压器初级线圈N1绕组的电流；ф(0)为初始磁通，即：控制开关刚接通瞬间变压器铁心中的磁通。
当开关电源工作于输出临界连续电流状态时，这里的i1(0)正好0，而ф(0)正好等于剩磁通S•Br。
当控制开关K将要关断，且开关电源工作于输出电流临界连续状态时，i1和均达到最大值：i1m =Ui*Ton/L1 —— K关断瞬间(1-102)Фm=Ui*Ton/N1 ＋S•Br = S•Bm —— K关断瞬间(1-103)(1-102)、(1-103)式中，i1m为流过变压器初级线圈N1绕组的最大电流，即：控制开关关断瞬间前流过变压器初级线圈N1绕组的电流；фm为变压器铁心中的最大磁通，即：控制开关关断瞬间前变压器铁心中的磁通，S为变压器铁心导磁面积，Br为剩余磁感应强度，Bm为最大磁感应强度。
当控制开关K由接通突然转为关断瞬间，流过变压器初级线圈的电流i1突然为0，这意味着变压器铁心中的磁通ф 也要产生突变，这是不可能的，如果变压器铁心中的磁通ф 产生突变，变压器初、次级线圈回路就会产生无限高的反电动势，反电动势又会产生无限大的电流，而电流又会抵制磁通的变化，因此，变压器铁心中的磁通变化最终还是要受到变压器初、次级线圈中的电流来约束的。
因此，在控制开关K关断的Toff期间，变压器铁心中的磁通主要由变压器次级线圈回路中的电流来决定，即：e2 =－L2di2/dt = uo —— K关断期间(1-104)或e2 =－N2dф/dt = uo —— K关断期间(1-105)上式中，e2为变压器次级线圈N2绕组产生的感电动势，L2是变压器次级线圈N2绕组的电感，N2为变压器初级线圈N2绕组线圈绕组的匝数，ф为变压器铁心中的磁通，uo 为变压器次级线圈N2绕组的输出电压。
由于反激式变压器开关电源的变压器次级线圈N2绕组的输出电压都经过整流滤波，而滤波电容与负载电阻的时间常数非常大，因此，整流滤波输出电压Uo基本就等于uo的幅值Up。
对(1-104)和(1-105)式进行积分，并把uo用Uo代之，即可求得：i2 = －Uo*t/L2 ＋i2(0) —— K关断期间(1-106)ф = －Uo*t/N2 ＋ф (0) —— K关断期间(1-107)式中，i2是流过变压器次级线圈N2绕组的电流，为变压器铁心中的磁通；i2(0)为变压器次级线圈N2绕组的初始电流，ф(0)为初始磁通。
实际上，i2(0)正好等于控制开关刚断开瞬间流过变压器初级线圈N1绕组的电流被折算到次级绕组回路的电流，即：i2(0) = i1m/n ；而ф (0)正好等于控制开关刚断开瞬间变压器铁心中的磁通，即：ф(0) = S•Bm 。
当控制开关K将要关断时，i2和ф均达到最小值。
即：i2x = －Uo*Toff/L2 ＋i1m/n —— K关断期间(1-108)фx =－Uo*Toff/N2 ＋S•Bm —— K关断期间(1-109)(1-108)式中，n为变压器次级线圈与初级线圈的匝数比。
当开关电源工作于电流临界连续工作状态时，(1-108)式中的i2x等于0，而(1-109)式中的фx等于S•Br 。
由(1-102)式和(1-108)式，或者(1-103)式和(1-109)式，并注意到，变压器次级线圈与初级线圈的电感量之比正好等于n2(n平方) ，就可以求得反激式变压器开关电源的输出电压为：(1-110)式中，Uo为反激式变压器开关电源的输出电压，Ui变压器初级线圈输入电压，D 为控制开关的占空比，n为变压器次级线圈与初级线圈的匝数比。
这里还需提请注意，在决定反激式开关电源输出电压的(1-110)式中，并没有使用反激输出电压最大值或峰值Up-的概念，而式使用的正好是正击式输出电压的峰值Up，这是因为反激输出电压的最大值或峰值Up-计算比较复杂((1-68)式)，并且峰值Up-的幅度不稳定，它会随着输出负载大小的变化而变化；而正击式输出电压的峰值Up则不会随着输出负载大小的变化而变化。
顺便指出，在控制开关K关断的Toff期间，变压器铁心中的磁通主要由变压器次级线圈回路中的电流来决定，这就相当于流过变压器次级线圈中的电流所产生的磁场可以使变压器的铁心退磁，使变压器铁心中的磁场强度恢复到初始状态。
由于控制开关突然关断，流过变压器初级线圈的励磁电流突然为0，此时，流过变压器次级线圈中的电流就正好接替原来变压器初级线圈中励磁电流的作用，使变压器铁心中的磁感应强度由最大值Bm返回到剩磁所对应的磁感应强度Br位置，即：流过N3绕组电流是由最大值逐步变化到0的。
由此可知，反激式变压器开关电源在输出功率的同时，流过次级线圈回路中的电流也在对变压器铁心进行退磁。
图1-20是反激式变压器开关电源，工作于临界连续电流状态时，整流输入电压uo、负载电流Io，变压器铁芯的磁通，以及变压器初、次级电流等波形。
图1-20-a)中，变压器次级线圈输出电压uo是一个带正负极性的脉冲波形，一般负半周是一个很规整的矩形波；而正半周，由于输出脉冲被整流二极管限幅，当开关电源工作于连续电流或临界连续电流状态时，输出波形基本也是矩形波。
因此，整流二极管的输入电压uo的正半周幅度与输出电压Uo或储能滤波电容的两端电压基本相同。
因此，整流二极管的输入电压uo的幅值Up与半波平均值Upa以及整流输出电压Uo均基本相等。
图1-20-b)是变压器铁芯中磁通量变化的过程，在控制开关接通期间，变压器铁芯被磁化；在控制开关关断期间，变压器铁芯被退磁。
因此，在Ton期间，变压器铁芯中的磁通量是由剩磁S•Br向最大磁通S•Bm方向变化；而在Toff期间，变压器铁芯中的磁通量是由最大磁通S•Bm向剩磁S•Br方向变化。
图1-20-c)，是反激式变压器开关电源工作于临界电流状态时，变压器初、次级线圈的电流波形。
图中，i1为流过变压器初级线圈中的电流，i2为流过变压器次级线圈中的电流(虚线所示)，Io是流过负载的电流(虚线所示)。
在控制开关接通期间，变压器铁芯被初级线圈电流磁化；在控制开关关断期间，变压器铁芯被被次级线圈电流退磁，并向负载输出电流。
从图1-20-c)还可以看出，流过变压器初、次级线圈中的电流是可以突跳的。
在控制开关关断的一瞬间，流过变压器初级线圈的电流由最大值跳变到0，而在同一时刻，流过变压器次级线圈的电流由0跳变到最大值。
并且，变压器初级线圈电流的最大值正好等于变压器次级线圈电流最大值的n倍(n为变压器次级电压与初级电压比)。
顺便指出：(1-110)的结果，虽然是以开关电源工作于临界连续电流状态的条件求得，但对于开关电源工作于连续电流状态或断流状态也同样成立，因为，在储能滤波电容的容量足够大的情况下，输出电压Uo只取决于其峰值电压Up，而不是取决于其平均值。
当开关电源工作于电流不连续状态时，即：控制开关的占空比减小时，(1-100)式中的i(0)和(1-108)式中的i2x均为，并且在控制开关关断期间还没结束前，流过变压器次级线圈的电流就已降到0，这相当于开关电源输出电压和输出电流都要降低，在此种情况下，开关电源将会向负载降低功率输出。
当开关电源工作于连续电流状态时，即：控制开关的占空比增大时，(1-100)式中的i(0)不能为0，(1-108)式中的i2x也不能为，这相当于输出电压和输出电流都相应增加，在此种情况下，开关电源将会向负载提供更大的功率输出。
图1-21是反激式变压器开关电源，工作于电流不连续状态时，整流二极管的输入电压uo，负载电流Io和变压器铁芯中的磁通，以及变压器初、次级电流等波形。
图1-22是反激式变压器开关电源，工作于连续电流状态时，整流二极管的输入电压uo、负载电流Io和变压器铁芯中的磁通，以及变压器初、次级电流等波形。
由此可知，反激式变压器开关稳压电源就是通过改变控制开关的占空比来调节开关电源的输出电压和对储能滤波电容的充、放电电流来达到稳定电压输出的。