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inV加在变压器的初级绕组1N上，在次级绕组2N上产生感应电压221NinNuVN，初级绕组电流线性增加，inPPVdidtL，电流Pi最大值maxmininPPPVIIDTL，变压器铁心被磁化，磁通线性增加，()1inVDTN。2.开关管T关断初级绕组开路，次级绕组工作，次级绕组电压2NouV，次级绕组电流线性下降，SoSdiVdtL，电流Si最小值minm(1)oSSaxSVIIDTL，变压器铁心去磁，磁通线性减小，()2(1)oVDTN。3.基本关系：()()211(1)(1)oinVNDDVNDnD，其中12NnN开关管T电压应力：121inTinoVNVVVND二极管D的电压应力：21oDoinVNVVVND此时，负载电流oI等于二极管电流的平均值，即minm1()(1)2oSSaxIIID由变压器工作原理1min2min1max2mPSPSaxNINININI可得2max1112inPoPVNIIDTNDL11mmax22112inSaxPoPVNNIIIDTNDNL临界模式此时有min0PI且min0SI，则有下列式子成立：初级绕组最大电流：maxinPPVIDTL次级绕组最大电流：1max2inSPVNIDTNL负载电流：m1(1)2oSaxIID临界连续状态下负载电流：12(1)2inoGoPVNIIDDTNL当D=0.5时，oGI取得最大值，1-max28inoGPVNINLf则有-max4(1)oGoGIIDD，此为电感电流临界连续的边界。DCM模式电流断续时，设DT是SI续流的相对时间，根据磁通量的增加量和减少量相等()()，可得12inoVVDTDTNN，所以21inoNVDDNV因为maxoSSVIDTL，m12oSaxIID可得输出电压的表达式：222inoPoVDVLfICCM模式临界模式DCM模式初级电流最小值minPIminPI00初级电流最大值maxPImaxmininPPPVIIDTLmaxinPPVIDTLmaxinPPVIDTL初级电流变化关系maxmininPPPVIIDTLmaxinPPVIDTLmaxinPPVIDTL次级电流最小值minSIminSI00次级电流最大值mSaxIminm(1)oSSaxSVIIDTLmaxinPPVIDTLmax(1)oPSVIDTL1max2inSPVNIDTNLmaxoSSVIDTL次级电流变化关系minm(1)oSSaxSVIIDTLmaxinPPVIDTL1max2inSPVNIDTNL负载电流oIminm1()(1)2oSSaxIIIDm1(1)2oSaxIIDm12oSaxIID磁通量增量()1inVDTN()1inVDTN()1inVDTN磁通量减量()2(1)oVDTN()2(1)oVDTN()2oVDTN输出电压oV21(1)oinNDVVND21(1)oinNDVVND222inoPoVDVLfI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1inV；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1oV。由伏秒法则可知，12(1)(1)inonooffNVtVtN，且有onoffttT，可得21(1)11oninoontVNTVtNT。功率与输入电流、输出电流的关系：(1)offonoocsrocsrttPVIVITT，其中，csrI表示次级电流下降斜坡的中间值，(1)ocsronoPItVT。设定反激开关电源的效率是80%，则有0.8oinPP，所以1.25oninoincprtPPVIT，则初级电流的上升斜坡的中间值1.25ocproninPItVT。2.DCM模式匝数比：121msinoVVNNV，msV表示开关管可承受的最大关断电压。CCM模式onoffttTDCM模式0.8onoffttT匝数比121msinoVVNNV121msinoVVNNV导通时间1212(1)(1)(1)ooninoNTVNtNVVN121min20.8(1)(1)(1)ooninoNTVNtNVVN初级绕组励磁电感2minminmin(1)2.5ininonPoVVtLPTmin2()2.5inonPoVtRLTV初级峰值电流1.25ocproninPItVTmininonPPVtIL次级峰值电流(1)ocsronoPItVTmin1122inonspeakPPVtNNIINNL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。缺点变压器的体积大初次级电流比较大，输出性能没有CCM下好，需要LC滤波器，开关损耗高。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。