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[导读]开关电源是涉及众多学科的一门应用领域,通过控制功率开关器件的开通与关闭调节脉宽调制占空比达到稳定输出的目的,能够实现AC/DC或者DC/DC转换。 反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源。“反激”指的是在开关管接通的情况下,当

开关电源是涉及众多学科的一门应用领域,通过控制功率开关器件的开通与关闭调节脉宽调制占空比达到稳定输出的目的,能够实现AC/DC或者DC/DC转换。

反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源。“反激”指的是在开关管接通的情况下,当输入为高电平时输出线路中串联的电感为放电状态;相反,在开关管断开的情况下,当输入为高电平时输出线路中的串联的电感为充电状态。

反激

工作原理:


变压器的一次和二次绕组的极性相反,这大概也是Flyback名字的由来:


a.当开关管导通时,变压器原边电感电流开始上升,此时由于次级同名端的关系,输出二极管截止,变压器储存能量,负载由输出电容提供能量。


b.当开关管截止时,变压器原边电感感应电压反向,此时输出二极管导通,变压器中的能量经由输出二极管向负载供电,同时对电容充电,补充刚刚损失的能量。


反激

演变:


可以看作是隔离的Buck/Boost电路:



在反激电路中,输出变压器T除了实现电隔离和电压匹配之外,还有储存能量的作用,前者是变压器的属性,后者是电感的属性,因此有人称其为电感变压器,有时我也叫他异步电感。


反激式变压器是反激开关电源的核心,它决定了反激变换器一系列的重要参数,如占空比D,最大峰值电流,设计反激式变压器,就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。这样可以让其的发热尽量小,对器件的磨损也尽量小。同样的芯片,同样的磁芯,若是变压器设计不合理,则整个开关电源的性能会有很大下降,如损耗会加大,最大输出功率也会有下降。


反激

优点和缺点:


01



反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。



反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出,仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出,但控制开关的占空比为0.5时,变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一,而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。



即电压脉动系数等于2,电流脉动系数等于4。反激式开关电源的电压脉动系数,和正激式开关电源的脉动系数基本相同,但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。由此可知,反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。



特别是,反激式开关电源使用的时候,为了防止电源开关管过压击,起占空比一般都小于0.5,此时,流过变压器次级线圈的电流会出现断续,电压和电流的脉动系数都会增加,其电压和电流的输出特性将会变得更差。


02



反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。



由于反激式开关电源仅在开关关断期间才向负载提供能量输出,当负载电流出现变化时,开关电源不能立即对输出电压或电流产生反应,而需要等到下一个周期事,通过输出电压取样和调宽控制电路的作用,开关电源才开始对已经过去了的事情进行反应,即改变占空比,因此,反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。



有时,当负载电流变化的频率和相位与取样、调宽控制电路输出的电压的延时特性在相位保持一致的时候,反激式开关电源输出电压可能会产生抖动,这种情况在电视机的开关电源中最容易出现。


03



反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大,开关电源变压器的工作效率低。



反激式开关电源变压器的铁芯一般需要留一定的气隙,一方面是为了防止变压器的铁芯因流过变压器的初级线圈的电流过大,容易产生磁饱和。



另一方面是因为变压器的输出功率小,需要通过调整电压器的气隙和初级线圈的匝数,来调整变压器初级线圈的电感量的大小。



因此,反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大,从而会降低开关电源变压器的工作效率,并且漏感还会产生反电动势,容易把开关管击穿。


04




反激式开关电源的优点是电路比较简单,体积比较小。



反激式开关电源输出电压受占空比的调制幅度,相对于正激式开关电源来要高很多。



反激式开关电源的优点是电路比较简单,比正激式开关电源少用了一个大的储能滤波电感,以及一个续流二极管,一次,反激式开关电源的体积要比正激式开关电源的体积小,且成本也要低。



此外,反激式开关电源输出电压受占空比的调制幅度,相对于正激式开关电源来要高很多,因此,反激式开关电源要求调控占空比的误差信号幅度要比较低,误差信号放大器的增益和动态范围也要较小。由于这些优点,目前,反激式开关电源在家电领域中还是被广泛的应用。


05



反激式开关电源多用于功率较小的场合或是多路输出的场合。


06



反激式开关电源不需要加磁复位绕组。



在反激式开关电源中,在开关管关断的时候,反激式变换器的变压器储能向负载释放,磁芯自然复位,不需要加磁复位措施。


07



反激式开关电源中,电压器既具有储能的功能,有具有变压和隔离的功能。




接下来用一个视频实战解析一下反激电源其中很重要的一个器件——反激式控制器。





LT8316 Isolated Flyback Controller







LT8316是一款提供高电压的新型隔离反激控制器,适用于EV电池组、工业自动化、离线隔离电源等应用,具备更高的VIN容量,最高可达600V,且未配备内部MOSFET,因此是一款高度可定制的控制器,适用于EV电池组、工业自动化和离线隔离电源等高压应用。


(视频:Analog Devices LT8316 Isolated Flyback Controller)



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