讲义_Flyback电路原理

开始

很高兴有这么一个机会，和大家一起学习和讨论Flaback电路的原理。

今天介绍的容中，公式比较多，有些枯燥；但是经过理论推导，期望能让大家对于Flyback电路的“工作原理，伏秒平衡定律，以及C.C.M.和D.C.M两种工作模式”等容的理解，能更加透彻些。

Flyback转换器原理主要容：

一、Flyback电路简述

二、Buck-Boost转换器原理

三、Flyback转换器原理

四、Flyback电路改进版本介绍

附录：

I Flyback变压器设计

II Flyback电路的EMI分析

序言

Flyback转换器应用相当广泛，其原因有：

从电路的角度看，Flyback电路有最少元件的特性；

从设计的角度看，Flyback电路有简单高可靠度的特点；

从经济的角度看，Flyback电路成本最低，醉适合一般小功率的电源使用。

在实际的应用中，用在接市电的低瓦数电源，多半用Flyback电路来实现，例如：30-40W的笔记本电脑，

70-80W的个人电脑，

40-50W的传真机与影像扫描机，

20W以下的Adapter（适配器）……

未来的电子产品讲究轻薄短小又省电，所以Flyback电路会更风行。

Flyback转换器电路是由Buck-Boost电路，利用磁性元件耦合的功能衍生而来，所以要探讨Flyback电路，必须先从Buck-Boost电路开始。

一、Flyback电路简介

（一）Flyback电路架构

Flyback变换器，俗称单端反激式DC－DC变换器，又称为返驰式(Flyback)转换器，或"Buck-Boost"转换器，因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量，因此得名.

Flyback变换器是在主开关管导通期间，电路只储存而不传递能量；在主开关管关断期间，才向负载传递能量的一种电路架构。

（1）Flyback变换器理论模型如图。

（2）实际电路结构

根据Flyback变压器的同名端绕制方式，有下面两种形式，这两个电路实质上是一样的。当然，Flyback电路还有其他衍生形式（见附录I）。

（二）Flyback变换器优点

（1）电路简单，能高效提供多路直流输出，因此适合多组输出的要求。

（2）转换效率高，损失小。

（3）匝数比值较小。

（4）输入电压在很大的围波动时，仍可有较稳定的输出，目前已可实现交流输入在85～265V 间，无需切换而达到稳定输出的要求。

（三）Flyback变换器缺点

（1）输出电压中存在较大的纹波，负载调整精度不高，因此输出功率受到限制,通常应用于150W 以下。

（2）转换变压器在电流连续(C.C.M.)模式下工作时，有较大的直流分量，易导致磁芯饱和，所以必须在磁路中加入气隙，从而造成变压器体积变大。

（3）变压器有直流电流成份，且同时会工作于C.C.M./D.C.M.两种模式，故变压器在设计时较困难，反复调整次数较顺向式多，迭代过程较复杂。

二、Buck－Boost转换器工作原理

所有的导出型转换器都保留其基本转换器的特性；要了解Flyback转换器，要从其基本转换器Buck－Boost电路开始。

（一）Buck－Boost电路组成

Buck－Boost电路由一个开关晶体管，一个功率二极管，一个储能电感和一个输出电容组成，见图1。

图1 Buck－Boost电路结构

（二）电路特性

（1）输出电压为负电压

（2）输出电压的大小可高于或低于输入电压

（3）输入端与输出端的电流波形都是脉波形式。

（三）工作原理

为方便理解电路工作原理，先介绍一下楞次定律。

楞次定律：电感总是“阻碍外电路通过电感的磁通（电流）的变化”，即：

外电路通过电感的磁通1φ（电流1i ）增大，电感将产生与1φ（电流1i ）反向的磁通2φ（电流2i ），阻碍外电路磁通1φ（电流1i ）的增大；

外电路通过电感的1φ（电流1i ）减小，电感将产生与1φ（电流1i ）同向的磁通2φ（电流2i ），阻碍外电路1φ（电流1i ）减小的减小。

以下就Buck －Boost 稳态电路的工作作一个简要说明。

假设一个周期的开始时间为：开关晶体管Q1导通时（Turned On 或Closed ）。此时输入电压完全跨在电感之上，电感的电流将成线性增加。由棱次定律，“外电路通过电感的电流1i 增大，电感将产生与1i 反向的电流2i ，阻碍外电路电流1i 的增大”。外电路电流1i （主要是主电路电流）从同名端流出，原边的同名端为负，异名端为正，所以电感电压1V 为“+”，电感所存储的能量因此逐渐增加；变压器副边的同名端为负，异名端为正，所以功率二极管反偏，负载所需的能量完全由输出电容提供，此时电容的电压会有些降低（要看电容的大小）。

当开关晶体的控制信号（电压或电流），使开关晶体Q1不导通时（Turned Off 或Opened ），此时外电路通过电感的电流1i 急剧减小（几乎为零），由楞次定律，“电感将产生与磁通1φ（电流1i ）同向的磁通2φ（电流2i ），阻碍外电路1φ（电流1i ）的减小”；外电路电流1i （主要是电感电流），从同名端流出，原边的同名端为正，异名端为负，所以电感电压1V 为“-”，变压器副边的同名端为正，异名端为负，所以功率二极管正偏，变压器副边电压大小恰等于输出电压。通过二极体的电感电流将线性减少，除了提供给负载外，还给输出电容充电（输出电容的电压会增高些），这个情形将持续到下一个周期开始为止。

开关晶体导通的时间占整个周期的比率，称为工作周期（Duty Cycle ，简称为D ），D 越大，表示电感充能的时间越长，依照“伏－秒平衡”原理（后面介绍），输出电压一定越高。 （四）公式推导

以下公式推导时作如下假设：

1）开关晶体与二极管均为理想元件，也就是导通时呈短路，不导通时呈断

路。

2）电感不会饱和，且电感值为不变的常数，也就是B －H 曲线为线性，且铜

损/铁损忽略不计。

3）电感与输出电容构成的等效滤波器，可以有效的将输出电压滤成纹波很

小的直流电压。或者说，电感与输出电容构成低通滤波器的角频率远低于切换频率。 1． 连续导通模式（C.C.M ）公式推导

（1）在开关晶体ON 的时间， ①s DT t

≤≤0

I L V t v =)

( （2.1）