单端反激(Flyback)变换器的工作原理

2023-11-10

反激(Flyback) 型电路的结构见图2-40。该电路可以看成是将boost-buck电路中的电感换成相互耦合的电感N1和N2得到的。因此反激型电路中的变压器在工作中总是经历着储能一放电的过程。

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电流工作在连续模式CCM

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它与正激电路不同的地方是开关管关断时将能量传送给负载(反激),变压器磁通仅在单方向变化(单端),他没有磁复位电路,因为次级将能量传送给负载的过程即去磁过程,所以不需要额外的去磁绕组。
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DCM模式

DCM模式下,在开关管开通前次级绕组电流为零,此时电容C向负载提供能量。与Boost-buck电路推导过程类似,反激电路电流连续临界条件:
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由DCM模式下电压输出输入之比:
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反激电源是靠电感(变压器)的储能通过次级向输出电容释放能量的,就是说主振功率管和输出整流管不是同步工作,如果没有反馈电路较严格的控制前级占空比,输出又空载,电感的能量就无处释放,会造成次级和初级线圈电压升高很多(理论是电压无限高),主震功率管被击穿(过热)损坏。所以不允许空载。

为什么反激电路通常避免工作于连续模式?

先来复习一下变压器知识;
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了解变压器输入电压与ton乘积与最大磁通摆幅、匝数、铁心面积之间的关系。再来分析反激型电路电流连续和断续时变压器磁通密度与绕组电流的关系:因为反激型电路变压器的绕组N1和N2在工作中不会同时有电流流过,不存在磁势相互抵消的可能,因此变压器磁心的磁通密度取决于绕组电流的大小。在这里插入图片描述
从图中可以看出,在最大磁通密度相同的条件下,连续工作时磁通密度的变化范围▲B小于断续方式。在反激型电路中,▲B正比于一次侧每匝绕组承受的电压乘以开关处于通态的时间ton,在电路的输人电压和ton相同的条件下,较大的▲B意味着变压器需要较少的匝数,或较小尺寸的磁心。从这个角度来说,反激型电路工作于电流断续模式时,变压器磁心的利用率较高,较合理,故通常在设计反激电路时应保证其工作于电流断续方式。
反激型电路的结构最为简单,元件数少,因此成本较低,广泛适用于各种功率为数瓦~数十瓦的小功率开关电源,在各种家电、计算机设备、工业设备中广泛使用的小功率开关电源中基本上都采用的是反激型电路。但该电路变压器的工作,点也仅处于磁化曲线平面的第I象限,利用率低,而且开关元件承受的电流峰值很大,不适合用于较大功率的电源。

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