反激式电路设计的要求和原则

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：图1-1 反激式变换电路在反激式变换电路设计中，如果要求电源的调整率较高时，可在二次电路输出采用稳定性好、线性度高的复合式光电反馈集电器；如果要求输出电压不高、输出电流在1A左右，则可采用标准三端稳压块调节负反馈电流，进行脉宽调整输出，也是合适的。反激式变换电路设计对于多路输出要求满足小于6%的稳定度，有一定的难度，但只要对多路输出的各路反馈参数进行精确计算，设计好瞬态响应时间，是可以解决的。

所谓反激式是变压器里的励磁方向与变压器外的励磁方向在外围元器件的作用下方向相反；而且，变压器的一次绕组与二次绕组的起点上下不同，它的基本电路如图1-1所示。反激式变换电源的转换效率高，能提供多路输出，而且电路较为简单，如果附加上控制电路，就能实现高效、低耗、输出稳定的高等电源。

图1-1 反激式变换电路

在反激式变换电路设计中，如果要求电源的调整率较高时，可在二次电路输出采用稳定性好、线性度高的复合式光电反馈集电器；如果要求输出电压不高、输出电流在1A左右，则可采用标准三端稳压块调节负反馈电流，进行脉宽调整输出，也是合适的。

设计反激式变换电路，一般有两种工作方式：一种是完全能量转换方式，即电感电流不连续传输，就是在电能转换过程中，高频变压器的一次绕组在储能周期（t_on），变压器所存储的所有能量在反激周期（t_off），全部运送到输出端，这为变换转换降低损耗、防止出现磁饱和起到很好的作用效果；另一种是“不完全能量转换”，即电感电流连续传输，存储在变压器中的能量，高频变压器的一次绕组在储能周期（t_on），部分电能保留到下一个储能周期（t_on）。这两种工作方式的小信号传递函数是不同的，在设计电路时动态分析要采取不同的方式，其目的要求两种能量转换方式都能使电源稳定工作，但如果在同一种电路，实现两种能量转换，在设计上很难达到。如果开关电源在脉宽调制变换中，引用电流模式控制，这可以减少控制电路所遇到的各种问题，尤其是对完全能量转换所出现的问题，但要求控制电路降低瞬态响应速度，这又给动态负载变动使输出稳定带来麻烦。

反激式变换电路设计对于多路输出要求满足小于6%的稳定度，有一定的难度，但只要对多路输出的各路反馈参数进行精确计算，设计好瞬态响应时间，是可以解决的。

设计中还要注意加载的过程、负载特征及各负载同步情况变化，否则电路将会产生共模或差模各种干扰。若有电磁干扰，设计工程师必须采用屏蔽、滤波等方法加以消除。另外还可以通过同步或移相时钟系统来减少低频内部调制干扰的信号频率。对高频变压器的设计是整个电源设计的重中之重，其设计方法和设计原则必须十分小心：

第一，高频变压器的一次绕组与二次绕组的匝数比，应严格按计算结果进行绕制，使输入最高电压V_imax降到最低电压V_imin时，输出电压V_o仍在用户所要求的变化范围之内，否则将重新改变反馈控制系数，或重新设计瞬态响应频率。

第二，电源在输入电压升至最高（V_imax）、占空比进入最大（D_max）运行期间，这时变压器磁心的磁感应强度也运行在临界值之内，绝不允许变压器磁心出现磁饱和，否则将重新选择磁心或者重新设计变压器，更不允许变压器一次绕组爆裂。

第三，当电源负载加到最大，变压器的温度在国际标准规定值范围之内，负载加大到额定负载的1.3倍时，5min之内，变压器温度不得超过105℃，否则将影响电源的安全稳定。

第四，评判电源的损耗低的一个重要标准是铜损和铁损相近，变压器的一次侧和二次侧损耗相等，漏感降到最小，最简单的测试是用手摸变压器不感到烫手（断开电源），听不见变压器有任何的“吱吱”声。特别要求反激式变换电路的电感伏秒值相等。有

式中，，n为二次匝数N_S与一次匝数N_P之比；；也可用公式计算。式中，V_P（min）为变压器一次匝数最低电压；V_DF为变压器二次侧整流二极管压降；V_L为二次侧滤波电感压降；V_DS（on）为开关管导通电压。

变压器一次绕组加进最高电压V_P（max）时，若占空比最大（即导通时间为t_on（max）时），要保证磁心不出现饱和，这时的磁心磁感应强度要在-B_W～+B_W变化有足够宽的范围，否则出现磁饱和。宽范围磁感应强度在磁心截面积上的磁通Φ为

Φ=A_e（B_W-B_r）

式中，B_w为铁心工作磁感应强度；B_r为剩余磁磁感应强度；A_e为磁心中心柱截面积。变压器一次匝数模拟计算公式为

式中，B_r与多种因数相关，也难用仪器仪表测定，而且数量级不是很大，一般情况下可忽略。多路输出电路的高频变压器一次绕组所需的匝数为

式中，K为电路输出的组数，不同的组数K值不同，K一般为1～4。

变压的铜耗与它的一次绕组直流电阻R_DC有关：

式中，ρ为电阻率，ρ单位为

；A_P为磁心窗口面积，单位为cm²；K为绕组面积占有率。

设计反激式连续开关电源时，它的输出电压是由峰值开关电流控制的，部分输出电压分流给了误差放大器，而误差放大器的输出电压与开关管理的斜坡电流成一定比例，开关管在导通时存在导通压降，它的计算如下：

MOSFET的导通压降是计算高频变压器的一项重要参数，我们选用MOSFET时，它的导通电阻越小越好，因为它决定开关管的开关速度、发热量，直接影响整个电源的效率。

反激式电路设计的要求和原则

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