单端反激电路工作原理及输出波形（三种工作模式）

单端反激电路工作原理

单端反激开关电源采用了稳定性很好的双环路反馈（输出直流电压隔离取样反馈外回路和初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路）控制系统，就可以通过开关电源的PWM（脉冲宽度调制器）迅速调整脉冲占空比，从而在每一个周期内对前一个周期的输出电压和初级线圈充磁峰值电流进行有效调节，达到稳定输出电压的目的。这种反馈控制电路的最大特点是：在输入电压和负载电流变化较大时，具有更快的动态响应速度，自动限制负载电流，补偿电路简单。反激电路适应于小功率开关电源，其原理图如图1所示。

下面分析在理想空载的情况下电流型PWM的工作情况。与电压型的PWM比较，电流型PWM又增加了一个电感电流反馈环节。

图中：A1为误差放大器;A2为电流检测比较器;U2为RS触发器;Uf为输出电压Uo的反馈取样，该反馈取样与基准电压Uref通过误差放大器A1产生误差信号Ue（该信号也是A2的比较箝位电压）。

设场效应管Q1导通，则电感电流iL以斜率Ui/L线性增长，L为T1的原边电感，电感电流在无感电阻R1上采样u1=R1iL，该采样电压被送入电流检测比较器A2与来自误差放大器的Ue进行比较，当u1》Ue时，A2输出高电平，送到RS触发器U2的复位端，则两输入或非门U1输出低电平并关断Q1;当时钟输出高电平时，或非门U1始终输出低电平，封锁PWM，在振荡器输出时钟下降的同时，或非门U1的两输入均为低电平，则Q1被打开。

因此，从上面的分析可以看出，电流型PWM信号的上升沿由振荡器时钟信号的下降沿决定，而PWM的下降沿则由电感电流的陷值信号和来自误差放大器的误差信号共同决定，其工作时序如图2所示。

单端反激式开关电源以主开关管的周期性导通和关断为主要特征。开关管导通时，变压器一次侧线圈内不断储存能量;而开关管关断时，变压器将一次侧线圈内储存的电感能量通过整流二极管给负载供电，直到下一个脉冲到来，开始新的周期。

开关电源中的脉冲变压器起着非常重要的作用：一是通过它实现电场—磁场—电场能量的转换，为负载提供稳定的直流电压;二是可以实现变压器功能，通过脉冲变压器的初级绕组和多个次级绕组可以输出多路不同的直流电压值，为不同的电路单元提供直流电量;三是可以实现传统电源变压器的电隔离作用，将热地与冷地隔离，避免触电事故，保证用户端的安全。

单端反激电路的三种工作模式及输出波形

反激电源有三种工作模式：连续工作模式、断续工作模式、临界连续工作模式。

（1）连续工作模式

单端反激电源满载或者重载时，开关占空比大，副边二极管未关断时MOS管就会开通，其工作过程没有原副边电流同时为0的情况，即工作在连续模式，其工作波形如图表2所示。

工作过程分析如下：

1）t0时刻之前，开关管处于导通状态，原边电流上升，变压器储能，原边电压为正，副边电压为负，电容C1上对R1缓慢放电，C1电压减小。原边电流副边电流

2）t0~t1阶段。t0时刻，关断开关管。（a）原边电流迅速减小，其减小的速度为Vin/Lm，副边二极管导通，副边电流迅速增大；（b）原边激磁电感上的电流减小，原边电压减小，副边电压升高，两者同时过0，然后各自达到最小值和最大值，副边电压为2V，原边电压为）//（2psNNV。（c）由于MOS管有结电容存在，所以其上电压不能突变，是零电压关断。MOS管承受的压降为）//（2psinNNVV+；（d）这个过程中，由于漏感上的电流不能突变，开始对C1充电，C1不再减小，有增大的趋势。

3）t1~t2时刻。这个过程中，（a）原副边电压和MOS管压降基本保持不变；（b）由于t1时刻U1达到负的最大值，其电压高于C1电压，所以C1被充电，并很快达到最大值；（c）由于变压器能量在释放，副边电流缓慢减小。

4）t2~t3时刻。t2时刻关断MOS管。（a）原边电压迅速升高，副边电压开始降低，并且在t3时刻达到最大值和最小值。（b）该过程中电流有一个很大的尖峰，该尖峰产生的原因有两个方面：第一、由于副边电流未减小到0时被强迫关断，所以反射到原边产生；第二、由于原边电感电压在这一过程中变化很快，由dtdiLU/⋅=可知，电流随着电压的变化也迅速增加，该尖峰电流在t3时刻达到最小值；

5）t3时刻以后，MOS管结电容放电，很快完全导通，其工作过程跟t0时刻之前一样。

（2）断续工作模式

反激电源在空载或者轻载时有可能工作在断续模式。空载或轻载时，开关的占空比较小，开关关断后副边电流线性减小，在开关开通之前减小到0，这时原、副边电流均为0，反激电源工作在断续工作模式。

单端反激电源断续工作模式下的工作过程如图表3所示。

其工作过程如下：

1）t0时刻之前、t0~t1时刻工作状态跟连续模式相同；

2）t1~t2时间。该时间段可以分为两个时间段。（a）副边电流线性下降，变压器的储能向副边释放，原边电压为负值，大小为）//（2psNNV，副边电压为V2，MOS管上的压降为）//（2psinNNVV+；（b）副边电流降到0以后，原边电压由于没有了副边映射电压的钳位，开始线性上升，由于电流几乎为0，由CtiUUinq/）（∆⋅=−∆可知，电压变化很慢，副边电压线性下降，MOS管的压降也随着原边电压的回升而减小，直到t2时刻开通MOS管；

3）t2~t3时间。由于MOS管开通，原边电压线性上升其斜率为minLU/，副边电压线性下降。原边电感电压在这一过程中变化很快，由dtdiLU/⋅=可知，电流随着电压的变化也迅速增加，该尖峰电流在t3时刻达到最小值；

4）t3时刻以后，MOS管结电容放电，很快完全导通，其工作过程跟t0时刻之前一样。

（3）临界连续工作模式

临界连续工攻模式下，单端反激电源工作波形如图表4所示。

临界连续工作模式是连续模式与断续模式的一个过渡，可以当作连续模式分析与可以当作断续模式分析。

其工作过程与连续模式基本相同，不同之处有两点：

1）t1~t2阶段结束，在t2时刻，副边电流刚好降为0，副边二极管刚好关断。

2）t2~t3阶段的原边电流尖峰只由原边电感电压的变化引起，不由副边二极管映射过来，这一点同断续模式一致。