反激式转换器的工作原理和电路分析

什么是反激式转换器？

反激式转换器（Flyback Converter）是一种特殊的开关电源拓扑结构，用于将直流输入电压转换为所需的输出电压。它广泛应用于交流直流（AC/DC）和直流直流（DC/DC）转换，并在输入级和输出级之间提供绝缘隔离。反激式转换器的基本结构包括输入电源、变压器、开关器件（如MOSFET或BJT）、整流二极管和输出滤波电容。

反激式转换器的工作原理包括储能过程和释能过程。在储能过程中，开关器件导通，电流从输入电源流经变压器的初级绕组，能量被储存在变压器的磁场中。在释能过程中，当开关器件截止时，变压器中的磁场崩溃，通过互感作用将能量传递给次级绕组。这个过程中产生的电压经过整流二极管后充电到输出滤波电容，以供应负载。通过控制开关器件的导通时间和截止时间，可以调节输出电压。

反激式转换器具有一些优点，如简单紧凑、高效率、多电平输出和良好的隔离性。然而，它也存在一些缺点，如输出电压在负载变化时可能存在波动、可能产生电磁干扰、会产生间歇性的输入电流脉冲，并且设计复杂度较高。

总的来说，反激式转换器是一种将直流输入电压转换为所需输出电压的开关电源拓扑结构，具有广泛的应用范围。

反激式转换器的工作原理

1、开关导通时反激式转换器的工作原理

开关打开时的反激式转换器

开关对于反激式转换器的工作方式确实起着重要作用。当开关导通时，电流将从 Vin 流向初级地。这将为初级绕组充电并存储能量。在此期间，由于二极管反向偏置，次级绕组没有电流流动。此时的负载需求由输出电容（Cout）供给。

开关导通时的反激式转换器电流

2、开关关闭时反激式转换器的工作原理

开关关闭时的反激式转换器

当初级开关关断时，初级绕组将抵抗电流的突然变化并反转绕组的极性。这将导致输出二极管的正向偏置。初级中存储的能量将通过二极管传输至次级并传输至负载。在此期间，输出电容器将补充电荷。

开关关闭时的反激式转换器电流

反激式转换器的电路分析

如果我们看到如下图所示的基本单输出反激式设计，我们将确定构建该设计所需的基本主要组件。基本的反激式转换器需要一个开关，可以是 FET 或晶体管、变压器、输出二极管、电容器。最主要的是变压器，变压器至少由两个电感器组成，称为次级线圈和初级线圈，缠绕在线圈架中，中间有磁芯。磁芯决定磁通密度，磁通密度是将电能从一个绕组传输到另一个绕组的重要参数。另一个最重要的事情是 变压器的相位 ，即初级和次级绕组中显示的点。

此外，正如我们所看到的，PWM 信号连接在晶体管开关上。这是由于开关关闭和打开时间的频率造成的。在反激式调节器中，有两种电路操作，一种是变压器初级绕组充电时的 接通阶段 ，另一种是当电能从初级转移到次级时的 关闭或变压器的转移阶段 ，终于到了负载。

如果我们假设开关已关闭很长时间，则电路中的电流为0并且不存在电压。在这种情况下， 如果开关打开，则电流将增加，并且电感器将产生电压降，该电压降是点负的，因为初级点端上的电压更负。在这种情况下，由于磁芯中产生的磁通，能量流向次级。在次级线圈上，会产生相同极性的电压，但该电压与次级线圈与初级线圈匝数比成正比。由于点负电压，二极管关闭，次级不会有电流流动。如果电容器在前一个开关关闭-开启周期中充电，则输出电容器将仅向负载提供输出电流。

在下一阶段， 当开关关闭时 ，流过初级的电流会减少，从而使次级点端变得更加积极。与之前的开关导通阶段相同，初级电压极性也会在次级上产生相同的极性，而次级电压与初级和次级绕组比成正比。由于点正极，二极管导通，变压器的次级电感向输出电容器和负载提供电流。电容器在导通周期中失去电荷，现在再次重新充满，并且能够在开关导通期间向负载提供充电电流。

在整个开关打开和关闭周期中，输入电源与输出电源之间不存在电气连接。因此，变压器隔离输入和输出。根据开关时间的不同，有两种操作模式。反激式转换器可以工作在连续模式或断续模式。在连续模式下，在初级充电之前，电流变为零，重复循环。另一方面，在断续模式下，下一个周期仅在初级电感器电流变为零时开始。