反激开关电源主电路工作原理

反激开关电源

一．定义：

直流电压正好激励变压器的初级线圈时，变压器的次级线圈并没有向负载提供输出功率，而是仅在关断变压器初级线圈的激励电压后，才对负载提供输出功率。

二．反激开关电源的主电路

开关管导通时，反激开关电源将电能转化为磁能，存储在变压器中； 开关管关断时，发激开关电源再将存储的磁能转化为电能传送给负载。 电路特点：

1. 结构简单，效率高，体积小，造价低 2. 输出纹波电压比较大

3. 输出功率一般在150W一下，经常作为辅助电源应用在控制系统中 4. 适合多输出小功率场合

三．反激开关电源原理分析

CCM模式

1. 开关管T导通

电源电压Vin加在变压器的初级绕组N1上，在次级绕组N2上产生感应电压

uN2VdiN2Vin，初级绕组电流线性增加，Pin，电流iP最大值

dtLPN1

IPmaxIPmin2. 开关管T关断

VinVDT，变压器铁心被磁化，磁通线性增加，()inDT。 LPN1初级绕组开路，次级绕组工作，次级绕组电压uN2Vo，次级绕组电流线性下降，

diSVoV，电流iS最小值ISminISmaxo(1D)T，变压器铁心去磁，磁通

LSdtLS线性减小，()Vo(1D)T。 N2VoN2ND1D，其中n1 VinN1(1D)n(1D)N2VN1Voin N21D3. 基本关系：()()开关管T电压应力：VTVin二极管D的电压应力：VDVoVN2Vino N1D1(ISminISmax)(1D) 2此时，负载电流Io等于二极管电流的平均值，即Io由变压器工作原理

N1IPminN2ISminN1IPmaxN2ISmax

可得 IPmaxVN21IoinDT

N11D2LPISmaxN1NV1IPmaxIo1inDT N21DN22LP临界模式

此时有IPmin0且ISmin0，则有下列式子成立： 初级绕组最大电流：IPmaxVinDT LPN1VinDT

N2LP次级绕组最大电流：ISmax负载电流：Io1ISmax(1D) 2

临界连续状态下负载电流：IoGIoN1VinD(1D)TN22LP N1Vin

N28LPfIoG取得最大值，IoG-max当D=0.5时，

则有IoG4IoG-maxD(1D)，此为电感电流临界连续的边界。 DCM模式

电流断续时，设DT是IS续流的相对时间，根据磁通量的增加量和减少量相等()()，可得

VinVNVDToDT，所以D2inD N1N2N1Vo因为ISmaxVo1DT，IoISmaxD LS222VinD可得输出电压的表达式：Vo

2LPfIo 初级电流最小值CCM模式 临界模式 0 DCM模式 0 IPmin IPmin 初级电流最大值IPmaxIPminIPmax 初级电流变化关系 次级电流最小值VinDT LPIPmaxVinDT LPIPmaxVinDT LPIPmaxIPminISmin VinDT LPIPmax0 VinDT LPIPmax0 VinDT LPISmin 次级电流最大值ISminISmaxISmax VoV(1D)T IPmaxinDTLSLPIPmaxISmaxN1VinDT N2LPVoV(1D)T ISmaxoDT LSLS

次级电流变化关系 负载电流ISminISmaxVoV(1D)T IPmaxinDT LSLPISmaxIoN1VinDT N2LPIo 磁通量增量 磁通量减量 输出电压11Io(ISminISmax)(1D)IoISmax(1D) 22 1ISmaxD 2()VinDT N1Vo(1D)T N2()VinDT N1()VinDT N1()()VoV(1D)T ()oDT N2N2Vo

NDVo2Vin N1(1D)22N2DVinDVoVin Vo N1(1D)2LPfIo四．CCM模式和DCM模式的分析和比较

1. CCM模式

开关管导通时，考虑开关管的压降为1V，则初级绕组的电压为Vin1； 开关管关断时，考虑二极管的正向压降1V，则次级绕组的电压为Vo1。

由伏秒法则可知，(Vin1)ton(Vo1)N1toff，且有tontoffT，可得N2Vo(Vin1)tonTN21tN11onT。

PoVoIcsrtoffTVoIcsr(1ton)，其中，Icsr表示T功率与输入电流、输出电流的关系：次级电流下降斜坡的中间值，IcsrPotVo(1on)Tton1.25PoPo0.8Pin，所以P，则初级电流的上升斜坡的中间值。 1.25PVIIinoincprcprtonTVinT。设定反激开关电源的效率是80%，则有

2. DCM模式

匝数比： 匝数比 N1VmsVin，Vms表示开关管可承受的最大关断电压。 N2Vo1CCM模式 tontoffT DCM模式 tontoff0.8T N1VmsVin N2Vo1T(Vo1)tonN1N2N1VmsVin N2Vo10.8T(Vo1) 导通时间 N(Vin1)(Vo1)1N2ton(VinminN1N2N1)(Vo1)1N2 初级绕组励磁电感 2(Vinmin1)Vinminton LP2.5PominTLPRVinminton2() 2.5TVo初级峰值电流 Icpr次级峰值电流 Icsr1.25Po tonVinTPo tonVo(1)TIPVinminton LPIspeaktN1NVIP1inminon N2N2LP优点 1.初级电流和次级电流比较小，同等条件下，输出性能会比较好，功率损耗也比较小。 1. 变压器的励磁电感小从而响应快，输出负载电流和输入电压突变时，输出电压的瞬态尖峰小。 2. 续流二极管完全恢复后开关管才导通，开关管没有反向恢复尖峰电流。 3. 变压器的体积小。 初次级电流比较大，输出性能没有CCM下好，需要LC滤波器，开关损耗高。 缺点 变压器的体积大

DCM下次级峰值电流是CCM下的2-3倍，次级平均电流为直流负载电流。

DCM模式次级峰值电流大，在开关管关断瞬间长生较大的峰值电压，需要较大的LC滤波器；关断瞬间，峰值电流会产生严重的射频干扰（RFI）问题。

DCM模式下次级电流的有效值为CCM下的两倍左右，DCM下要求比较大的导线尺寸和耐高纹波的输出滤波电容；整流二极管的温升高。

DCM下的初级电流峰值是CCM下的两倍左右，DCM下需要需要更大电流的开关管，初级电流也会产生严重的RFI问题。