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反激开关电源

在D的时候 原边将能量存储在变压器的励磁电感里面(标准反激电路没有输出电感), 1-D的时候励磁电感释放能量给负载和输出电容供电, 下一个D周期时输出电容维持负载输出。

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好的!以下是关于 反激开关电源(Flyback Converter) 的详细中文解析,包括其原理、特点和应用:


一、反激开关电源是什么?

反激开关电源是一种基于 变压器隔离 的开关电源拓扑结构,利用 变压器的励磁电感储能,实现输入/输出电气隔离和电压变换。其核心特点是:开关管导通时储能,关断时向负载释放能量


二、工作原理(分阶段说明)

  1. 开关管导通阶段(TON)

    • 开关管(MOSFET)导通,输入电压 ( V_{in} ) 加在变压器初级绕组 ( N_p ) 上。
    • 初级电流 ( I_p ) 线性增加,变压器储存能量(励磁电感储能)。
    • 次级绕组因 同名端反向,二极管 ( D ) 截止,负载由输出电容 ( C_o ) 供电。
  2. 开关管关断阶段(TOFF)

    • 开关管关断,变压器磁通复位,次级感应电压极性反转(下正上负)。
    • 次级二极管 ( D ) 导通,储存的能量通过次级绕组 ( N_s ) 释放给负载和输出电容
    • 励磁电流 ( I_m ) 从峰值逐渐下降到零(连续模式)或归零(断续模式)。

三、核心特点

  1. 电气隔离
    通过变压器实现输入/输出高压隔离,安全性高。
  2. 多路输出
    可添加多个次级绕组,实现多路不同电压输出(如电源适配器)。
  3. 成本低廉
    元件数量少(单管控制),适用于中低功率场景(<150W)。
  4. 电压范围宽
    通过调节占空比(Duty Cycle)适应较宽输入电压范围。
  5. 需气隙防饱和
    变压器磁芯需开气隙以提高储能能力,避免磁饱和。

四、工作模式

模式 特点
断续模式(DCM) 每个周期结束时,励磁电流归零;输出电压与负载相关,控制简单,EMI较低。
连续模式(CCM) 励磁电流始终大于零;输出电流纹波小,效率较高,但需斜率补偿防止次谐波振荡。

五、典型应用场景


六、关键设计元件

  1. 变压器:磁芯(如EE、EF型)、气隙设计、绕组匝比 ( N_p:N_s )。
  2. 开关管:MOSFET(耐压需 > ( V{in} + V{os} ),( V_{os} ) 为关断尖峰)。
  3. 输出二极管:快恢复二极管(如FR107)或肖特基二极管(低压大电流)。
  4. 控制IC:如UC3842、OB2263(集成PWM和驱动)。
  5. RCD箝位电路:吸收漏感尖峰,保护开关管。

七、优缺点对比

优点 缺点
结构简单,成本低 效率较低(尤其高压输入)
天然隔离,适合多路输出 输出纹波较大(需滤波优化)
可升降压(调整匝比) 变压器设计复杂(气隙、漏感)
输入电压范围宽 功率受限(一般<150W)

八、设计注意事项

  1. 漏感处理:漏感会引起开关管关断尖峰,必须用 RCD箝位电路TVS管 抑制。
  2. 反馈环路:需光耦隔离反馈(如PC817)稳定输出电压,避免振荡。
  3. EMI问题:开关节点的高 ( di/dt ) 易产生噪声,需加共模电感、Y电容。
  4. 磁芯复位:确保每个周期磁通复位(通过匝比或RCD实现),防止饱和。

九、关键参数计算(简化版)

  1. 输出电压 ( V_o ):
    [ Vo \approx V{in} \cdot \frac{N_s}{N_p} \cdot \frac{D}{1-D} \quad \text{(CCM模式)} ]
  2. 初级电感量 ( L_p )(以DCM为例):
    [ Lp = \frac{V{in}^2 \cdot D^2 \cdot T_s}{2 \cdot P_o \cdot \eta}
    ]
    (( T_s ):周期,( P_o ):输出功率,( \eta ):效率)

总结

反激电源凭借低成本、隔离安全性和灵活性,成为中小功率开关电源的主流选择。设计需重点优化变压器、箝位电路和反馈环路,以平衡效率、成本和可靠性。

如果需要公式推导、变压器设计步骤或具体案例分析,可以进一步提问!

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