开关电源原理与设计（连载二十五）反激式变压器开关电源的优缺点

1-7-4.反激式变压器开关电源的优缺点

前面已经对正激式变压器开关电源的优缺点进行详细分析。为了表征各种电压或电流波形的好坏，一般都是拿电压或电流的幅值、平均值、有效值、一次谐波等参量互相进行比较。在开关电源之中，电压或电流的幅值和平均值最直观，因此，我们用电压或电流的幅值与其平均值之比，称为脉动系数S;或用电压或电流的有效值与其平均值之比，称为波形系数K。

电压和电流的脉动系数Sv、Si以及波形系数Kv、Ki分别表示为：

Sv = Up/Ua —— 电压脉动系数 (1-84)

Si =Im/Ia —— 电流脉动系数 (1-85)

Kv = Ud/Ua —— 电压波形系数 (1-86)

Ki =Id/Ia —— 电流波形系数 (1-87)

上面4式中，Sv、Si、Kv、Ki分别表示：电压和电流的脉动系数S，和电压和电流的波形系数K，在一般可以分清楚的情况下一般都只写字母大写S或K。脉动系数S和波形系数K都是表征电压或者电流好坏的指标，S和K的值，显然是越小越好。S和K的值越小，表示输出电压和电流越稳定，产生EMI干扰也越小。

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成反电动势向负载提供输出;当控制开关的占空比为0.5时，变压器次级线圈输出电压的平均值Ua约等于电压最大值Up(用半波平均值Upa代之)的二分之一;而流过负载的电流Io(平均电流)正好等于流过变压器次级线圈最大电流的四分之一。

由(1-84)、(1-85)式可求得，当反激式开关电源当控制开关的占空比为0.5时，电压脉动系数Sv约等于2或大于2，而电流脉动系数Si约等于4。反激式开关电源的电压脉动系数与正激式变压器开关电源的电压脉动系数基本相同，但电流脉动系数比正激式变压器开关电源的电流脉动系数大两倍。由此可知，反激式开关电源的电压和电流输出特性要比正激式变压器开关电源差。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，其占空比一般都取得小于0.5，此时，流过变压器次级线圈的电流会出现断流，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变得更差。

由于反激式开关电源仅在控制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，开关电源不能立刻对输出电压或电流产生反应，而需要等到下个工作周期时，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件进行反应(即改变占空比)，因此，反激式开关电源输出电压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或相位正好与取样、调宽控制电路输出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。这种情况在电视机开关电源中最容易出现。

反激式开关电源变压器的铁心一般都需要留一定的气隙，一方面是为了防止变压器的铁心因流过变压器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大小，需要通过调整变压器铁心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大小。因此，反激式开关电源变压器初、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，容易把开关器件击穿。

反激式变压器开关电源的优点是电路比较简单，比正反激式变压器开关电源少用一个大储能滤波电感，以及一个续流二极管，因此，反激式变压器开关电源的体积要比正激式变压器开关电源的体积小，且成本也要降低。此外，反激式变压器开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于正激式变压器开关电源来说要高很多，这个从(1-77)式和(1-78)式或(1-110)式的对比就很明显可以看出来。因此，反激式变压器开关电源要求调控占空比的误差信号幅度比较低，误差信号放大器的增益和动态范围也比较小。由于这些优点，目前，反激式变压器开关电源在家电领域中还是被广泛使用。