反激开关电源主电路工作原理

反激开关电源

一．定义：

直流电压正好激励变压器的初级线圈时，变压器的次级线圈并没有向负载提供输出功率，而是仅在关断变压器初级线圈的激励电压后，才对负载提供输出功率。

二．反激开关电源的主电路

开关管导通时，反激开关电源将电能转化为磁能，存储在变压器中； 开关管关断时，发激开关电源再将存储的磁能转化为电能传送给负载。 电路特点：

1. 结构简单，效率高，体积小，造价低

2. 输出纹波电压比较大

3. 输出功率一般在150W 一下，经常作为辅助电源应用在控制系统中

4. 适合多输出小功率场合

三．反激开关电源原理分析

CCM 模式

1. 开关管T 导通

电源电压in V 加在变压器的初级绕组1N 上，在次级绕组2N 上产生感应电压

22

1

N in N u V N =-

，初级绕组电流线性增加，in P P V di dt L =，电流P i

最大值

max min in P P P V I I DT L --=+

，变压器铁心被磁化，磁通线性增加，()1

in V

DT N +∆Φ=。 2. 开关管T 关断

初级绕组开路，次级绕组工作，次级绕组电压2N o u V =，次级绕组电流线性下降，

S o S

di V dt L =，电流S i 最小值min m (1)o S S ax S V

I I D T L --=--，变压器铁心去磁，磁通

线性减小，()2

(1)o

V D T N -∆Φ=

-。 3. 基本关系：()()+-∆Φ=∆Φ⇒

211(1)(1)o in V N D D V N D n D =•=•--，其中12N n N = 开关管T 电压应力：1

21in T in o V N V V V N D

=+

=- 二极管D 的电压应力：2

1o D o in V N V V V N D

=+

= 此时，负载电流o I 等于二极管电流的平均值，即min m 1

()(1)2

o S S ax I I I D --=+- 由变压器工作原理

1min 2min 1max 2m P S P S ax

N I N I N I N I ----==

可得 2max 11

12in P o P

V N I I DT N D L -=

+-

11m max 22112in S ax P o P

V N N I I I DT N D N L --=

=+- 临界模式

此时有min 0P I -=且min 0S I -=，则有下列式子成立： 初级绕组最大电流：max in

P P

V I DT L -=

次级绕组最大电流：1max 2in

S P

V N I DT N L -=

负载电流：m 1

(1)2

o S ax I I D -=

-

临界连续状态下负载电流：12(1)2in

oG o P

V N I I D D T

N L ==

- 当D=0.5时，

oG I 取得最大值，1-max 28in

oG P V N I N L f

=

则有-max 4(1)oG oG I I D D =-，此为电感电流临界连续的边界。 DCM 模式

电流断续时，设D T ∆•是S I 续流的相对时间，根据磁通量的增加量和减少量相等()()+-∆Φ=∆Φ，可得

12in o V V DT DT N N =∆，所以21in o

N V D D N V ∆= 因为max o S S V I DT L -=

∆，m 1

2

o S ax I I D -=∆ 可得输出电压的表达式：22

2in o P o

V D

V L fI =

四．CCM 模式和DCM 模式的分析和比较

1. CCM 模式

开关管导通时，考虑开关管的压降为1V ，则初级绕组的电压为1in V -； 开关管关断时，考虑二极管的正向压降1V ，则次级绕组的电压为1o V +。

由伏秒法则可知，1

2

(1)(1)

in on o off N V t V t N -=+，且有on off t t T +=，可得21(1)

11on

in o on

t V N T V t N T -=

--。

功率与输入电流、输出电流的关系：(1)off on

o o csr

o csr t t P V I V I T

T

==-

，其中，csr I 表示次级电流下降斜坡的中间值，(1)

o

csr on o P I t V T =

-。设定反激开关电源的效率是80%，则有

0.8o in P P =，所以 1.25on in o in cpr t P P V I T ==，则初级电流的上升斜坡的中间值 1.25o

cpr

on in P I t V T

=。

2. DCM模式

匝数比：1

2

1 ms in

o

V V

N

N V -

=

+，

ms

V表示开关管可承受的最大关断电压。