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FlybackFlyback反激变换器反激变换器原理与设计简介原理与设计简介Preparedby：ShuncaiLeeDate：1Jun,2011大大纲纲zz一、反激变换器基本工作原理一、反激变换器基本工作原理zz二、反激变换器的特点及其分类二、反激变换器的特点及其分类••特点特点--分类分类--典型电路典型电路z三、反激变换器的变压器设计及其结构反激变换器的变压器设计及其结构zz四、四、电路设计及电路设计及元器件选择•DCM-CCM及CrCM••输入回路（输入回路（EMIEMI滤波，整流，滤波等）滤波，整流，滤波等）••功率开关管的设计、驱动与选择功率开关管的设计、驱动与选择••初级漏感吸收网络设计初级漏感吸收网络设计zz五、反激变换器控制芯片及反馈控制环路设计五、反激变换器控制芯片及反馈控制环路设计••初级漏感吸收网络设计初级漏感吸收网络设计••输出回路（整流，滤波）输出回路（整流，滤波）反激变换器控制片及反馈控制环路设计反激变换器控制片及反馈控制环路设计••控制芯片简介控制芯片简介--峰值电流模式控制峰值电流模式控制zz六、反激变换器六、反激变换器EMIEMI设计与调试的几点建议设计与调试的几点建议PoweringtheFuture反激变换器基本工作原理反激变换器基本工作原理__拓扑结构拓扑结构z基本拓扑结构：–反激变换器就是隔离的Buck-boost电路，两者稳态电压增益方程相似RLC+SDUi+电路两者稳态电压增益方程相似+图1.1Buck-boost电路UoLBuck-boostFlybackRLC+UiNN+2L1D1−≥则：当临界或连续模式MUoUiD1D2==MUoUiD1D21n⋅==Uo+SD图1.2变形的Buck-boost电路RTs1D1≥则MUoUiD11D1−==MUoUiD11D1−1n⋅==+UiNpRC+Ns2LRTsD22LRTs1D1−当非连续模式则：那么：MUoUiD12L==MUoUiD12L1n⋅==SUo+D图1.3反激电路基本拓扑结构n=Np/NsUi2LRTsUi2LRTsnPoweringtheFuture反激变换器基本工作原理反激变换器基本工作原理__工作过程工作过程反激变换器工作原理反激变换器工作原理zz反激变换器工作原理：反激变换器工作原理：––工作过程分为两个阶段：开关工作过程分为两个阶段：开关SS（（MOSFETetc.)ONMOSFETetc.)ON期间期间和和OFFOFF期期+UiNpCNsn=Np/NsIp间间––ONON期间：期间：VinVin加在变压器初级绕组加在变压器初级绕组上，初级电流上升斜率为上，初级电流上升斜率为+Vin/+Vin/LpriLpri变压器储存的磁能增加变压器储存的磁能增加SUo+DIo图14TonTimeLpri,Lpri,变压器储存的磁能增加。变压器储存的磁能增加。••次级二极管承受反向电压次级二极管承受反向电压（（Vo+Vin/n)Vo+Vin/n)（（理想条件下）理想条件下）••电容电容CC放电，提供能量给负载。放电，提供能量给负载。图1.4TonTime+UiNpCNsn=Np/NsI––OffOff期间：二极管全部（临界或连续期间：二极管全部（临界或连续）或部分时间（非连续）导通，次）或部分时间（非连续）导通，次级的电流斜率是级的电流斜率是––Vo/Lsec.Vo/Lsec.开关S（MOSFET）上电压是（Vi+*VSUo+DIsIo图1.5ToffTimeIs/nIp•开关S（MOSFET）上电压是（Vin+n*Vo）（理想条件下）（理想条件下）••变压器给电容充电。变压器给电容充电。––开关开关SS在在Ton→Toff,Toff→Ton开关图1.5ToffTimetofftoff瞬间，初次电流关系如下：IpIsn=ttonT连续T非连续tontPoweringtheFuture图1.6初级及次级等效电流波形稳态运行方程反激变换器基本工作原理反激变换器基本工作原理__稳态运行方程稳态运行方程z稳态运行方程：：1.Ton时期Vi,Lp为常数时Vi,Lp为常数时初级绕组新增储能Lp为常数时新增储能以磁场量---磁感应强度B和磁场强度H以及磁芯体积V表示PoweringtheFuture反激变换器基本工作原理反激变换器基本工作原理__稳态运行方程稳态运行方程2.Toff时期Vo,Ls为常数时次级绕组Toff期间释放能量为次级绕组Toff期间释放能量为Ls为常数时磁场量表示：磁场量表示：稳态时很明显不计损耗时稳态时，很明显不计损耗时：∆E=-∆E2PoweringtheFuture反激变换器基本工作原理反激变换器基本工作原理__变压器工作状态方程变压器工作状态方程3.3.独立电压方程独立电压方程4.4.受控电压方程受控电压方程Uavg为TD期间加在绕组上电压的平均值D1为MOSFET导通期间，D2是二极管导通期间，连续时D1+D2=1;非连续时D1+D21稳态时伏秒积相等法则D1+D21,稳态时，伏秒积相等法则。PoweringtheFuture反激变换器基本工作原理反激变换器基本工作原理__稳态时电压、电流和磁化稳态时电压、电流和磁化连续非连续B.连续A.非连续VpriVpriVs*nVinVs*nVinIs/nIpIs/nIpVsnttoffTtontoffTtontToff传送能量传送能量Toff去磁/释能Toff去磁/释能Ton磁化/储能Ton磁化/储能磁芯损耗磁芯损耗PoweringtheFuture反激变换器基本工作原理反激变换器基本工作原理__稳态时电压、电流和磁化稳态时电压、电流和磁化连续非连续B.连续A.非连续IoUoIoUoIDttofftonICAPtonIDttfftICAPttoffTtontontoffTtontonPoweringtheFuture反激变换器基本工作原理反激变换器基本工作原理__电压电流阻抗折算电压电流阻抗折算Un⋅I电压：电流：nZn2⋅Rn2⋅阻抗：电阻：Rn⋅Ln2⋅C电阻电感：电容：n2电容：n，匝比，等于转换前的绕组匝数比上转换后的绕组匝数转换后的绕组匝数PoweringtheFuture反激变换器基本工作原理反激变换器基本工作原理__气隙效应气隙效应气隙效应反激变压器为什么要加气隙？z气隙效应---反激变压器为什么要加气隙？电感储能即电感周围磁场的能量，假定磁场是均匀分电感储能即电感周围磁场的能量，假定磁场是均匀分布忽略边缘效应布忽略边缘效应有：有：布，忽略边缘效应，布，忽略边缘效应，有：有：气隙中的储能；比磁芯中大磁芯中大10来倍！PoweringtheFuture反激变换器基本工作原理反激变换器基本工作原理__气隙效应气隙效应气隙效应反z气隙效应---反激变换器依靠磁场储能的充磁场储能的充放传递能量，增加气隙的目的就是在相同的就是在相同磁感应强度Bw下增加单周期磁场储能磁场储能。磁芯达到饱和所需的功率增所需的功率增加，增强了抗饱和能力。PoweringtheFuture反激变换器的特点及其分类反激变换器的特点及其分类zz反激电源优点：反激电源优点：––结构简单价格便宜，适用小功率电源，结构简单价格便宜，适用小功率电源，––容易实现多路输出，输出电压可正可负、且与输入电压的关系不大容易实现多路输出，输出电压可正可负、且与输入电压的关系不大..zz反激电源缺点：反激电源缺点：功率较小一般在功率较小一般在150w150w以下以下––功率较小，一般在功率较小，一般在150w150w以下。以下。––纹波较大，一般达到纹波较大，一般达到1%1%。电压负载调整率相对较低。。电压负载调整率相对较低。––反激电源设计难点主要是变压器的设计，特别是宽输入电压，多路输出的反激电源设计难点主要是变压器的设计，特别是宽输入电压，多路输出的变压器变压器变压器。变压器。zz反激变换器的分类反激变换器的分类按激励方式可分为：按激励方式可分为：按激励方式，可分为：按激励方式，可分为：——自激式自激式如如RCCRCC（（RingChokeConverterRingChokeConverter））——他激式他激式如各种如各种PWMICPWMIC按开关方式，可分为：按开关方式，可分为：——PWMPWM硬开关硬开关——PWM/PFMPWM/PFM准谐振准谐振按控制方式，可分为：按控制方式，可分为：——峰值电流型（常用）峰值电流型（常用）——电压型电压型——滞环控制型滞环控制型PoweringtheFuture反激变换器的特点及其分类反激变换器的特点及其分类__典型线路图典型线路图F1T3.15AL/250VacLzz反激电源典型线路图反激电源典型线路图1.输入过流、防冲击电流，EMC滤波，整流、滤波电路。4.输出整流、滤波电路。C4104275VC6472/400vD2C7R6C11000uF25V1243L1C31049812R11M1243LF2C239uF400V11N1+1+12V1SGND1R4100K1243LF1R21MR31MR51MD1MBR20100T1AVbusCY2102250V/Y1CY3102250V/Y1AC3V+1AC2V-4BD1RS205C5104275V输出整流、滤波电路。2.10.112US1MR1320KR82KR722R92U11SGNDR14C8N/UR920KC9NTC15R/3WVbus1EarthCY4102250V/Y1R12N/UR11N/UR10N/UC17N/UJ1JUPER8.电压9.启动电路（内置、外置）5.Vcc部分311123Q111N60R19470D3S1MCY1102250V/Y1R181kC12223C13C114.7uF50V123Q24403R204.7RR16223T1C1243U1OPTOISO1R171kR1522R39KC9104OTPCOMPCSGNDOUT5VCCNC7HV8U2C100.1压取样、反馈R250.47RR225.1KR211K221TH14R241R231U3TL431C15103O1C2C3G4R231KC16101C14104馈、隔离电路7、电流取样6、PWM控制、驱动路2、变压器3、MOSFET10、原级吸收网络11次级吸收网络PoweringtheFuture11、次级吸收网络反激变换器的变压器设计及其结构反激变换器的变压器设计及其结构zz反激变换器变压器设计：反激变换器变压器设计：（1）已知参数根据客户需求就可确定的参数根据客户需求就可确定的参数a.a.根据客户需求就可确定的参数。根据客户需求就可确定的参数。直流输入电压范围直流输入电压范围UiminUimin：：UimaxUimax、输出电压、输出电压UoUo、输出功率、输出功率PoPo，输出纹波电压，输出纹波电压UUo_rippleo_ripple。。b.b.预估选取的参数预估选取的参数工作效率工作效率ηη、、开关频率开关频率fsfs（或者最少开关频率（或者最少开关频率fs_min)fs_min)、、开关管导通压降开关管导通压降UUDSDS、反射电压、反射电压VVOROR或最大占空比或最大占空比DmaxDmax，最大磁感应强度，最大磁感应强度BmaxBmax，电流密度，电流密度JJ，初级绕组占窗口面积系数，初级绕组占窗口面积系数KpKp，临界模式初级峰值电流，临界模式初级峰值电流Ipk,Ipk,TonTon时期初级电流平均值时期初级电流平均值Idc,Idc,电流纹波比电流纹波比rr=ΔI/Idc=ΔI/Idc（2）未知量的确定（2）未知量的确定磁芯规格，原边电感Lp，气隙大小lg，原边线圈匝数Np，副边匝数Ns副边匝数Ns（3）选取与调整变压器骨架，变压器结构设计，初次边线径PoweringtheFuture***除特别说明指出，公式所有度量单位采用国际标准单位。反激变换器的变压器设计及其结构反激变换器的变压器设计及其结构第一步：选取磁芯规格：----APAP计算法计算法;;----经验查表法经验查表法1.1.AP