反激电源的工作原理详解

描述

反激拓扑

反激电源工作原理:反激电源电路图如图1所示。

变压器

图1 反激电源原理图

反激式工作原理:当开关管导通时,直流输入电压加到变压器原边绕组上,此时原边绕组相当于电感,能量以磁能形式存储在电感中,原边N1 上正下负,副边N2 上负下正,副边整流二极管截止,由电容给负载供电。当开关截止时,磁能由原边传送到副边,原边N1 上负下正,副边N2 上正下负,整流二级管导通,给电容充电,为负载供电。

下图为开关管导通关断波形(CH1:副边变压器两脚 CH2:Vgs CH3:Vds CH4:原边变压器两脚)

变压器

(CH1:副边变压器两脚 CH2:Vgs CH3:Vds CH4:原边变压器两脚)

变压器

在开关管第一次导通之前,Vds两端压降为Vin。在导通时,由于MOS,Vds电压被拉低。同时,原边电感开始存储能量,在原边电感上还存在一定的漏感,这一部分能量不能被耦合到副边的能量,此时原边电感的电压极性为上正下负。同时,这时候会因为变压器的特性,会给副边折射一个电压,这个电压为Vlp/n(Vlp为原边电感电压,n为变压器匝数比)。

在开关管从导通到关断时,在关断瞬间,原边的没有通路,但是由于电感的存在,电流不能突变。所以在关断瞬间的时候,电感会阻止电流的减小,由于变压器的能量是耦合到副边的,所以进行阻止电流减小的能量只有漏感上的能量。此时漏感释放的能量会给Cds进行充电,此时会引起LC振荡。在开关管导通时,原边电流是呈上升趋势的,也就是在关断瞬间的时候电流为最大值Ip,LC振荡呈现阻尼振荡方式,能量有所消耗,因此振幅慢慢减小。因为V=I*R,LC上的阻抗为Z0=jwl+1/jwl+R (jwl为感抗,1/jwl为容抗,R为回路阻抗),因此漏感上的最大电压就为Vpleak max = Ip * Z0。由于MOS关断时,副边回路会导通,此时副边会折射一个电压到原边,由于副边此时电压是上正下负,折射到原边为上负下正,副边电感两端电压为Vf,则折射到原边的电压为Vf*n。

则有:

Vds max = Vin + Vf*n + Vpleak max

当漏感能量经过振荡消耗完,则第一次振荡阶段结束,漏感与寄生电容都处于稳定状态,Vds也处于稳定状态,此时由于副边依旧导通,依旧会有折射电压,因此此时的稳定状态

Vds = Vin + Vf*n

在副边能量消耗消耗完之后,副边不再导通,也不再折射能量,此时原边Vds原则上来说电压降为Vin,但是因为寄生电容的存在,电容电压不能突变。此时会出现第二次振荡,由寄生电容及原边电感发生谐振。

关于第一次与第二次振幅大小与变压器,MOS管的各个参数有关,减小Vds尖峰(不加RCD,或其他方式),需要减小变压器的漏感,这与变压器的制造工艺有关。减小方法:增大磁芯,减小气隙,增大耦合系数等。

减小第二段振荡:选择寄生参数小的MOS管。

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