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：
结构简单，效率高，体积小，造价低
输出纹波电压比较大
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
适合多输出小功率场合
三．反激开关电源原理分析
CCM模式
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=。

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=
-。

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=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：121
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。

CCM 模式 on off t t T +=
DCM 模式 0.8on off t t T +=
匝数比
121
ms in
o V V N N V -=+ 121
ms in
o V V N N V -=+ 导通时间
1
2
1
2
(1)
(1)(1)o on in o N T V N t N
V V N +=
-++
12
1
min
2
0.8(1)
(1)(1)o on in o N T V N t N
V V N -+=
-++
初级绕组励磁电感
2
min min min (1)2.5in in on
P o V V t L P T
----=
min 2
()2.5in on P o
V t R L T V -=
DCM下次级峰值电流是CCM下的2-3倍，次级平均电流为直流负载电流。

DCM模式次级峰值电流大，在开关管关断瞬间长生较大的峰值电压，需要较大的LC滤波器；关断瞬间，峰值电流会产生严重的射频干扰（RFI）问题。

DCM模式下次级电流的有效值为CCM下的两倍左右，DCM下要求比较大的导线尺寸和耐高纹波的输出滤波电容；整流二极管的温升高。

DCM下的初级电流峰值是CCM下的两倍左右，DCM下需要需要更大电流的开关管，初级电流也会产生严重的RFI问题。