讲义flyback电路原理

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路原理

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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。

今天介绍的内容中，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，以及和两种工作模式”等内容的理解，能更加透彻些。

Flyback转换器原理主要内容：

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）输入电压在很大的范围内波动时，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1

φ（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（）公式推导