赵修科 反激变换器共40页文档
反激式开关电源实用电磁干扰设计方法
反激式开关电源实用电磁干扰设计方法作者：刘勇刚来源：《科学与财富》2019年第11期摘要：本文叙述了反激式开关电源中电磁干扰（EMI）产生的一些原因，根据EMI产生的不同原因的理论分析，结合工程实践当中的经验，给出了合适的、实用的解决方法和一些关键参数的计算方法，对反激式开关电源的EMI工程设计有一定的实际指导意义。
关键词：反激；EMI设计；开关电源0.引言反激式变换器由于具有一些显著的优点，如：电路元件少、原副边电气隔离、对输入电压变化的适应性强等等，它被广泛运用于中、小功率的AC/DC开关电源中。
但同时，它也会或多或少的带来了一些电磁干扰（EMI），因此在某些应用场合，特别是在一些对EMI比较敏感的应用场合或区域，就需要对EMI进行处理，也就是进行EMI设计。
1. 反激式变换器EMI设计反激式开关电源在AC/DC电源中的电路原理图如图1所示，具体的工作原理就不再赘述。
由于开关管或二极管不断的导通、关断，导致了电路中电压和电流的急剧变化，也就是du/dt和di/dt，这也就是产生EMI的源头。
在一次侧，当MOSFET关断时，由于变压器漏感Llk和MOSFET寄生电容Coss的谐振，会在MOSFET上形成很高的电压尖峰，如图2所示。
这个电压尖峰含有丰富的谐波，会造成严重的EMI，所以需要一个电路来抑制和吸收该电压尖峰。
通常我们用RCD电路作为吸收电路。
吸收电路中的电容电压随着输入电压增加而减小，所以我们以最低输入电压及满载条件来确定。
因此，消耗在吸收电路上的能量：而这些能量是消耗在电阻上的，所以吸收电路上的电阻：吸收电路里面电容上的纹波电压：一般来说，5～10%的纹波电压是比较合适的。
因此，吸收电路中的电容值可由上式计算得到。
在二次侧，由于次级漏感Lls和输出二极管的节电容Cd谐振，同样会在输出二极管上产生较大的高频电压尖峰，恶化电磁环境。
输出二极管D1先不接RC吸收电路时，在最大输入电压、最大负载的条件下，用示波器（不打带宽）测出二极管电压尖峰波形的振荡频率f1；然后在二极管上并联一个合适的电容，使并联电容后的二极管电压尖峰的振荡频率减小为之前的一半。
反激变换器资料课件
电压调整率是衡量反激变换器输出电压稳定性的重要指标。 好的电压调整率意味着在输入电压变化或负载变化时，输出 电压能够保持稳定。
负载调整率
负载调整率是衡量反激变换器输出电流稳定性的重要指标。 好的负载调整率意味着在负载电流变化时，输出电压能够保 持稳定。
电磁干扰与噪声分析
电磁干扰
反激变换器在开关过程中会产生电磁干扰，可能对周围电子设备和系统产生影响 。因此，需要采取措施降低电磁干扰，如优化电路设计、使用屏蔽等。
反激变换器资料课 件
contents
目录
• 反激变换器概述 • 反激变换器的工作状态 • 反激变换器的设计要点 • 反激变换器的性能分析 • 反激变换器的优化策略 • 反激变换器的实际案例分析
01
CATALO义
反激变换器是一种将输入直流电 压转换为输出直流电压或直流电 流的电源转换器。
二极管类型
选择适当的整流二极管， 如肖特基二极管、硅整流 二极管等，以满足电路的 整流需求。
开关频率
根据电路需求和变压器设 计，选择适当的开关频率 ，以提高变换器的效率。
输出滤波器的设计
1 2
电容类型
根据输出电压和电流的纹波要求，选择适当的输 出电容类型，如陶瓷电容、电解电容等。
电感类型
选择适当的输出电感类型，如铁氧体电感、绕线 电感等，以满足输出滤波需求。
详细描述
在断续导电模式下，反激变换器的开关管在每个周期的开始阶段短暂导通，然后关闭。当开关管关闭 时，磁芯中的能量通过变压器传递到输出端。随着磁芯中的能量逐渐减少，输出电压逐渐下降。在下 一个周期开始时，开关管再次导通，重新为磁芯提供磁化能量。
临界导电模式
总结词
临界导电模式是连续导电模式和断续导 电模式之间的过渡状态。在此模式下， 反激变换器的开关管在每个周期的某个 时刻关闭，以限制磁芯中的能量。
基于同步整流技术的反激变换器分析
基于同步整流技术的反激变换器分析反激变换器应用广泛，采用同步整流技术能够很好的提高反激变换器效率，同时为使同步整流管的驱动电路简单，采用分立元件构成驱动电路。
详细分析了该驱动电路的工作原理，在此基础上设计了同步整流反激变换器，并对主要设计过程进行了论述。
仿真结果证明该变换器具有较高的效率。
标签：反激变换器；同步整流；Saber仿真1 同步整流管的驱动电路为实现反激变换器的同步整流，初级MOS管Q和次级同步整流管SR必须按顺序工作，即两管的导通时间不能重叠。
SR的驱动是同步整流电路的一个重要问题，需要合理选择。
采用分立元件构成驱动电路，该驱动电路结构较简单、成本较低，适合宽输入电压范围的变换器，具体驱动电路如图1所示。
SR的栅极驱动电压取自变换器输出电压，因此使用该驱动电路的同步整流变换器的输出电压需满足SR栅极驱动电压要求。
该驱动电路的基本工作原理：电流互感器T2与次级同步整流管SR串联在同一支路，用来检测SR的电流。
当有电流流过SR的体二极管，则在电流互感器的二次侧感应出电流，该电流通过R1转变成电压，当电压值达到并超过晶体管Q1的发射结正向电压时，Q1导通，达到二极管VD导通电压时，VD导通对其箝位。
晶体管Q1导通后，输出电压通过图腾柱输出电路驱动SR开通。
当SR中的电流在电流互感器二次侧电阻R1上的采样电压降低到Q1的导通阈值以下时，Q1关断，SR关断。
2 同步整流反激变换器的设计设计技术指标：输入电压Ui为100~375VDC，输出电压Uo为12V，输出电流Io为4A，开关频率fs为100KHz，最大占空比Dmax为0.45，效率η >80%，工作方式为断续模式。
2.1 变压器设计反激变换器工作于DCM，但随着输入电压减小或负载电流增大，占空比变大，可能会从DCM变成CCM。
因此为保证反激变换器在整个输入电压和负载电流变化范围内都工作在DCM且占空比不超过要求的最大值，设计变压器满足反激变换器在输入电压最小Ui=100V、负载电流Io=4A和效率η=80%时工作在电流临界连续模式，且占空比不超过要求的最大值Dmax=0.45。
反激式电源&RCC
( U i D )2 η Po = 2 fL1
(3)
7
电路特点
反激变换器是输出与输入隔离的最简单 的变换器。输出滤波仅需要一个滤波电 容，不需要体积、重量较大的电感，较 低的成本。尤其在高压输出时，避免高 压电感和高压续流二极管。
Ui L Uo S S
8
Ui D
Uo
功率晶体管零电流开通，开通损耗小。而二极 管零电流关断，可以不考虑反向恢复问题。
5
2.断续工作模式 2.断续工作模式
在功率开关S再次导通前，次级电流下降到零的 工作模式称为断续模式.电路进入稳态，输出电 压稳定U0
I1p Tof I2p Io t Ii t
Ton
TR
当功率开关导通（T 当功率开关导通（Ton)时，次级二极管截止，有
di1 U i I1 p = = dt L1 Ton
I1p R5
I1 p
U3 Uc2
晶体管退出饱和，各线圈感应电势反号，加速 S2截止。次级二极管导通，对输出电容、负载 供电。输出电容电压增高，次级电流下降。当 i2下降到零，S2又自激。新的周期开始。
29
稳态工作
当输出电压建立以后 ，电压反馈 11,R12、 Dz (431) ，电压反馈R 、光耦（GU）工作。控制S2基极电流，将S2基极 电流分流，使得初级峰值电流在比启动峰值电流 小时关断，当满足以下关系时，输出电压稳定：
2) 基本关系
根据电磁感应定律变压器导通时磁通变化量与 截止磁通变化量相等
U iTon U oTof ∆φ = = N1 N2
因此
U i N 2Ton Ui D Uo = = N1Tof n( 1 − D )
初级电流 I i = DI 1a 初级电流有效值 I1 ≈ I1a D 次级电流 I = (1 − D )I = nI o 2a i
怎样提高DC／DC变换器的效率
怎样提高DC／DC变换器的效率
谢勇;赵修科
【期刊名称】《电气自动化》
【年(卷),期】1994(016)005
【摘要】为了减少PWM型直—直变换器的开关损耗,提高变换器的效率,人们已经研究出一系列新型电路拓扑结构,诸如各种谐振变换器、多谐振变换器以及由PWM控制的工作在恒频的谐振变换器。
谐振型变换器的特点是使主功率开关器件在零电流或零电压情况下开通或关断,因而使得功率器件的开关损耗大大减少,提高了变换器的效率。
由于工作频率高达100kHz以上,所以功率开关元件大都由功率MOSFET构成,
【总页数】2页(P66-67)
【作者】谢勇;赵修科
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN624
【相关文献】
1.使用平面非线性电感提高高频DC-DC变换器轻载效率 [J], 王来利;裴云庆;秦洋;杨旭;王兆安
2.提高DC-DC变换器效率用高单元密度屏蔽栅功率MOSFET [J], 冯幼明;王传敏（译）
3.W型沟槽MOSFET提高DC—DC变换器效率 [J], 刘鹿生
4.提高GHz处理器DC-DC变换器效率 [J], Graham Robertson
5.隔离型双向升压全桥DC-DC变换器效率的提高 [J], 孙飞;刘通
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(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。
反激变换器——第六章
由式(4.8)有
6.2 不连续模式下反激变换器的基本工作原理
由式(4.9)有
由式(4.10)有
6.2 不连续模式下反激变换器的基本工作原理
根据式(4.11)，初级所需的总园密耳数为
选用19号线，其园密耳数为1290
根据式(4.12)，可得次级电流为
复位时间Tr满足（0.8T-Ton）=16-9.9=6.1μ s
6.2.3 反激拓扑的电磁原理
防止反激变换器磁心饱和的方法：给磁心加气隙 • 采用实心铁氧体磁心，研磨掉EE型或罐型磁心中 心柱的一部分形成气隙；在U型或UU型磁心的两 半间插入塑料薄片形成气隙。
• 采用MPP(坡莫合金粉末)磁心
6.2 不连续模式下反激变换器的基本工作原理
1、铁氧体磁心加气隙防止饱和 铁氧体磁心加气隙作用：
反馈环路在Vdc或Ro上升时减小Ton ，在Vdc或Ro下降时增大Ton，从而自动调整输出。
6.2 不连续模式下反激变换器的基本工作原理
6.2.2 设计原则和设计步骤
1、确定初/次级匝数比（匝比决定了不考虑漏感尖峰时开关管可承受的最大 关断电压应力Vms） 忽略漏感尖峰并设整流管压降为1V，则直流输入电压最大时开关管的最大电 压应力为
Q1关断时，励磁电感的电流使各绕组反向，设此时次级只有一个主次级绕 组Nm，无其他辅助绕组。则由于电感电流不能突变，在Q1关断瞬间，变压 器次级电流幅值为 几个开关周期之后，次级直流电压上升到Vom。Q1关断时，Nm同名端电压 为正，电流从该端输出并线性下降，斜率为dIs/dt=Vom/Ls。其中Ls为次级 电感。若次级电流Is再次导通之前降到零，则变压器存储的能量在Q1再次导 通之前已经传送到负载端，变压器工作在不连续模式。一个周期T内直流母线 电压提供的功率为
第6讲 电感和反激变压器设计
第6讲电感和反激变压器设计
赵修科
【期刊名称】《《电源技术应用》》
【年(卷),期】2007(31)12
【摘要】电源工程师最头痛的问题之一是磁元件问题。
磁元件不同于其它电子元件,大多数磁元件是量身定制的,这要求电源工程师必须具有电磁基本知识,尤其是高频下磁元件特性,以及工艺结构对磁元件特性的影响等。
而在学校磁的知识学习得很少,尤其高频下磁元件学习更少。
本刊特邀赵修科教授就此专题展开系列讲座,系统地介绍了磁的基本原理和高频磁元件设计的有关问题,本讲座共分为六讲。
【总页数】7页(P43-49)
【作者】赵修科
【作者单位】南京航空航天大学江苏南京210016
【正文语种】中文
【中图分类】TM402
【相关文献】
1.一种实用的反激开关电源变压器设计方法 [J], 周党培;陈业仙
2.它激式反激AC/DC开关电源驱动控制集成电路AN8021NS/L/SB [J], 郑国川
3.高频变压器设计时的漏电感和分布电容的探究 [J], 曹洪武
4.它激式反激AC/DC开关电源驱动控制集成电路AN8021NS/L/SB [J], 郑国川
5.一种正激加反激通用辅助电源模块的设计与实现 [J], 张军军
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电力电子技术课件：9-3-反激正激
L
EC
u1 O u2 O u3 O uo O i1
V1
i1
V2
i2
V3
i3
VD3 VD2 VD1
u3
u2
L1 L2 L3
u1
a)
io
M
uo
t
t
t
t
44
45
升压式变换器
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四、具有输入与输出隔离的单管变换器
1. 单端反激(Flyback)变换器: 是 Isolated Buck-boost converter
1
B(Φ)
磁通Φ=BS
H(I)
u=L•di/dt
=N • dΦ/dt
Φ
1) 磁通连续性:Φ不能突变
2) 磁饱和，磁复位
2
(1)电路构成及工作原理 它是由电感变压器（耦合电感）T，晶体管Q，二极管
16
参数选择
17
参数选择
18
参数选择
19
Flyback特点:
简单(T兼作L)，输入电压范围宽， 输入输出电流纹波都大， Q电压应力高
适于小功率应用
解释： 1) 单端；反激 2) Q on/off瞬间的能量守恒和磁通连续 3) 利用伏秒平衡的分析方法
B(Φ)
H(I) CCM,DCM
20
作业
补充题： 反激变换器，占空比D=0.3，分别作出CCM、CRM
22
T ON时: D1导通，传递能量 T OFF时: D1截止，磁复位，D3续流 实际上和Buck变换器工作方式类似 设 那么输出电压：
23
变压器的磁复位
在晶体管导通时，输入电流包含负载电流折射分量i2’和磁 化电流分量im
《反激变换器演示》课件
01
注意事项
02Βιβλιοθήκη 0304始终确保电源已关闭再进行操 作。
使用合适的工具和仪器进行测 量。
注意安全，避免触电和过热。
优化方法与技巧
调整变压器匝数比
改变匝数比可以改变输出电压。
调整开关频率
改变频率可以改变效率或体积。
优化方法与技巧
• 优化磁芯材料：选择合适的磁芯材料可以提高效 率。
优化方法与技巧
技巧 使用专业软件进行设计优化。
通过控制开关管的导通和关断 时间，实现输出电压的调节。
电流转换过程
当开关管导通时，电流从输入端流经 开关管和变压器初级线圈，产生磁场 。
通过控制开关管的导通和关断时间， 实现输出电流的调节。
当开关管关断时，磁场消失，变压器 次级线圈产生感应电动势，输出电流 。
03
反激变换器的电路设计
输入输出电压设计
详细描述
在LED驱动电路中，反激变换器的作用是将输入的直流电或交流电转换为适合LED的直流电流，以控 制LED的亮度和颜色。由于LED对于电流和电压的要求较高，因此需要稳定的驱动电路来保证其正常 工作，而反激变换器恰好能够满足这一需求。
工业控制应用案例
总结词
在工业控制领域，反激变换器主要用于实现信号的隔离和传输，保证控制系统的稳定性 和安全性。
反激变换器的应用场景
01
02
03
开关电源
反激变换器在各种电子设 备中作为开关电源使用， 如计算机、打印机、显示 器等。
适配器
反激变换器广泛应用于各 种电子设备的电源适配器 中，如手机充电器、平板 电脑充电器等。
LED照明
反激变换器在LED照明领 域应用广泛，用于驱动 LED灯具，提供稳定的照 明电源。