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深度解析開關(guān)電源“正激”與“反激”的工作原理與區(qū)別

0BFC_eet_china ? 2018-01-15 15:05 ? 次閱讀

反激式:反激式開關(guān)電源是指使用反激高頻變壓器隔離輸入輸出回路的開關(guān)電源。“反激”指的是在開關(guān)管接通的情況下,當(dāng)輸入為高電平時輸出線路中串聯(lián)的電感為放電狀態(tài);相反,在開關(guān)管斷開的情況下,當(dāng)輸入為高電平時輸出線路中的串聯(lián)的電感為充電狀態(tài)。

深度解析開關(guān)電源“正激”與“反激”的工作原理與區(qū)別

工作原理:變壓器的一次和二次繞組的極性相反,這大概也是Flyback名字的由來:a.當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時,變壓器原邊電感電流開始上升,此時由于次級同名端的關(guān)系,輸出二極管截止,變壓器儲存能量,負(fù)載由輸出電容提供能量。b.當(dāng)開關(guān)管截止時,變壓器原邊電感感應(yīng)電壓反向,此時輸出二極管導(dǎo)通,變壓器中的能量經(jīng)由輸出二極管向負(fù)載供電,同時對電容充電,補(bǔ)充剛剛損失的能量。反激電路的演變:可以看作是隔離的Buck/Boost電路:

在反激電路中,輸出變壓器T除了實(shí)現(xiàn)電隔離和電壓匹配之外,還有儲存能量的作用,前者是變壓器的屬性,后者是電感的屬性,因此有人稱其為電感變壓器,有時我也叫他異步電感。

正激電源

正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性和輸出電壓負(fù)載特性,相對來說比較好,因此,工作比較穩(wěn)定,輸出電壓不容易產(chǎn)生抖動,在一些對輸出電壓參數(shù)要求比較高的場合,經(jīng)常使用。

所謂正激式變壓器開關(guān)電源,是指當(dāng)變壓器的初級線圈正在被直流電壓激勵時,變壓器的次級線圈正好有功率輸出。

深度解析開關(guān)電源“正激”與“反激”的工作原理與區(qū)別

單端正激式:

雙管正激式:

由上三張圖可知,反激的變壓器可以看作一個帶變壓功能的電感,是一個buck-boost電路。正激的變壓器是只有變壓功能,整體可以看成一個帶變壓器的buck電路。二次側(cè)接第一個整流二極管的負(fù)端接電解電容的是反擊,接電感的是正激。

總地來說,正激反激工作原理不同,正激是初級工作次級也工作,次級不工作有續(xù)流電感續(xù)流,一般是CCM模式。功率因數(shù)一般不高,而且輸入輸出和變比占空比成比例。反激是初級工作,次級不工作,兩邊獨(dú)立開來,一般DCM模式下,理論上是單位功率因數(shù),但是變壓器的電感會比較小,而且需要加氣隙,所以一般適合中小功率情況.一般的電源書都會有具體的介紹和設(shè)計公式。

正激變壓器是理想的,不儲能,但是由于勵磁電感(Lp)是有限值,勵磁電流使得磁芯B會大,為避免磁通飽和,變壓需要輔助繞組進(jìn)行磁通復(fù)位;反激變壓器工作形式可以看做耦合電感;電感先儲能,再放能。由于反激變壓器的輸入、輸出電壓極性相反,固當(dāng)開關(guān)管斷開之后,次級可以提供磁芯一個復(fù)位電壓,因而反激變壓器不需額外增加磁通復(fù)位繞組。

主要區(qū)別

正激反激主要區(qū)別在高頻變壓器的工作方式不同但他們在同一象限上。正激是當(dāng)變壓器原邊開關(guān)管導(dǎo)通時同時能量被傳遞到負(fù)載上,當(dāng)開關(guān)管截止是變壓器的能量要通過磁復(fù)位電路去磁。反激是和正激相反,當(dāng)原邊開關(guān)管導(dǎo)通時給變壓器存儲能量。但能量不會加在負(fù)載上,當(dāng)開關(guān)管截止時,變壓器的能量釋放到負(fù)載側(cè)。正激開關(guān)電源,后面多的那個二級管是續(xù)流二級管,一般輸出部分還會多加一個儲能電感,正激和反激最重要的區(qū)別是變壓器初次級的相位是反相的。

最大區(qū)別

正激與反激的工作最大區(qū)別是,當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時,正激的輸出主要靠儲能電感和續(xù)流二級管來維持輸出,而反激的輸出主要靠變壓器次級釋放能量來維持輸出。正激電路不宜做多路輸出,正激電路要用脈寬調(diào)整做穩(wěn)壓必須在次極整流以后串電感,不然輸出電壓主要由輸入決定,與脈寬影響不大,脈寬只影響輸出紋波。如用正激電路做多路輸出原理上存在的問題:如每路輸出不用電感,那么對輸入變化沒有穩(wěn)壓作用,且沒有開關(guān)電源應(yīng)有的安全性。如果每路加電感:那么輸出電壓在理論上與負(fù)載大小有關(guān),不參與反饋的回路就不正。

反激電路在原理上就適合多路輸出穩(wěn)壓。反激電路首先儲能,后把能量按各路的電壓比率供應(yīng)給每一路,先可以認(rèn)為每路的輸出比例是不變的(實(shí)際有誤差看下面),按電流誰需要多給誰多的原則分配。

關(guān)于反饋

被反饋的這一路總是很準(zhǔn)的因?yàn)榫褪前凑宜麃矸答伒模答伒囊宦芬欢ㄒ幸稽c(diǎn)負(fù)載。不然會加大輸出各路間的不平衡。可以用多路加權(quán)來進(jìn)行反饋,就可以使誤差的矢量和為零,通俗點(diǎn)讓誤差在各路間均衡,哪路的權(quán)重大,哪路的精度就高。變壓器遵守各個瞬態(tài)電壓比等于線圈比,這是理解中用得最多的一個條件。

關(guān)于開關(guān)電源

正激式是開關(guān)管導(dǎo)通時變壓器次級電路工作,反激式是開關(guān)管截止時變壓器次級電路工作(開關(guān)截止,主級能量傳遞給次級,次級工作開關(guān)閉合,主級電感線圈存儲能量)。 正激式開關(guān)電源輸出必需有續(xù)流二極管而反激式?jīng)]有(它們的變壓器繞法也不一樣。反激式變壓器初次極工作時間相反而正激式初次極工作時間相同)正激跟反激相比最大的問題的用的器件更多,雖然好像沒多幾個,但都是必不可少,而且成本都是很高的。電路比反激式變壓器開關(guān)電源多用一個大儲能濾波電感,以及一個續(xù)流二極管。 正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓受占空比的調(diào)制幅度,相對于反激式變壓器開關(guān)電源來說要低很多,因此,正激式變壓器開關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號幅度比較高,誤差信號放大器的增益和動態(tài)范圍也比較大。

正激式變壓器開關(guān)電源為了減少變壓器的勵磁電流,提高工作效率,變壓器的伏秒容量一般都取得比較大,并且為了防止變壓器初級線圈產(chǎn)生的反電動勢把開關(guān)管擊穿,正激式變壓器開關(guān)電源的變壓器要比反激式變壓器開關(guān)電源的變壓器多一個反電動勢吸收繞組,因此,正激式變壓器開關(guān)電源的變壓器的體積要比反激式變壓器開關(guān)電源的變壓器的體積大。

正激式變壓器開關(guān)電源還有一個更大的缺點(diǎn)是在控制開關(guān)關(guān)斷時,變壓器初級線圈產(chǎn)生的反電動勢電壓要比反激式變壓器開關(guān)電源產(chǎn)生的反電動勢電壓高。因?yàn)橐话阏な阶儔浩鏖_關(guān)電源工作時,控制開關(guān)的占空比都取在0.5左右,而反激式變壓器開關(guān)電源控制開關(guān)的占空比都取得比較小。

應(yīng)用區(qū)別

正激式變壓器不蓄積能量,只擔(dān)負(fù)偶合傳輸,反激式變壓器需把開通過程中的能量蓄積在本身,關(guān)斷過程中再釋放:正激式繞組同相位,反激式繞組反相;正激式變壓器不用調(diào)節(jié)電感值,反激式需調(diào)節(jié)。正激式工作存在剩磁為防飽和需消磁電路,本身不蓄能需要蓄能線圈和續(xù)流二極管,反激式不用。

反激主要用在150-200瓦以下的情況,正激則用在150w到幾百瓦之間。之所以反激更廣范就是因?yàn)槲覀內(nèi)粘V?00w以下的電源比較常見,應(yīng)用比較常見,所以也就比較廣泛啦。原理就是一個通過儲能再通過變比進(jìn)行變壓的,一個是直接通過變比進(jìn)行變壓的。正激初級繞組同名端都是正極所以叫正激,反激一個在正,一個在負(fù)所以叫反激。

反激式可做小功率,成本低,調(diào)試相對簡單些,所以在小功率電源中常用。它們的區(qū)別: 主變壓器方面, 正激的需增加消磁繞組,當(dāng)然也有的用增加兩個二極管在主繞組進(jìn)行消磁,無論如何正激電源必須增加消磁回路。反激不用增加輸出儲能電感,因?yàn)槟芰磕軆Υ嬖诖渭壘€圈中 ,正激須增加輸出儲能電感,且整流部分需增加續(xù)流二極管。

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原文標(biāo)題:“正激”與“反激”的區(qū)別

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