反激拓扑

反激变换器拓扑

1，反激拓扑

1.1反激拓扑结构和特点

反激变换器的原型是BUCK-BOOST电路；在开关导通时储存磁场能量，而在开关断开时将磁场能量转化为电场能量送到负载和输出滤波电容，补偿电容单独提供负载电流时的消耗。

反激拓扑结构如下左图所示，其主要优点：

1.不需要输出滤波电感器，可以减小电源面积和降低成本；

朋友们稍微想一下就会知道：变压器的次级已经起到了输出滤波电感器的作用。

2.次级电源输出不需要高压续流二极管，更有利于高压场合应用；

3.适用于高电压，小功率应用场合。

反激拓扑主要缺点：

2.需要大容量且耐高纹波电流的输出滤波电容器，由于开关导通时只能由电容器的储能向负载提供电流，所以对输出纹波电压的要求并不能最终决定输出电容的选择。

反激拓扑工作过程如下，波形如上右图所示。

1.当Q1导通时：原边绕组Np同名端的电压相对于异名端为负，副边绕组Nsm也是异名端电压高于同名端，整流二极管D2反偏截止，输出电容器C0单独向负载供电；此时Np相当于一个储能电感器；

流过Np的电流线性上升并达到幅值Ip，根据公式：dI/dt=(Vdc-Vds)/Lp，可得在开关管导通结束之前最大电流为Ip=(Vdc-Vds)*Ton/Lp，那么变压器储存的能量：E=1/2*Lp*I²p。

2.当Q1关断时：励磁电感电流使各绕组电压反向，副边绕组的电流回路打开并提供给滤波电容器C0和负载，假设只有一个副边绕组：Nm，则在关断瞬间变压器电流幅值Is=Ip*(Np/Nm)；

对于变压器本身来说，没有原边和副边之分，对磁芯来说是同等的，所以当Q1关断时，并非一定要在原边绕组产生电流才能释放能量，而副边绕组电流同样可以释放能量，这是变压器能够传递能量的根本原因

3.若副边电流在下一个周期开始前下降到0，则变压器存储的能量在Q1再次导通前已全部传输给负载端，变压器工作在不连续模式，在一个周期T内输入电压Vdc提供的功率：P=1/2*Lp*I²p/T；因为Ip=(Vdc-Vds)Ton/Lp；那么P≈(Vdc*Ton)²/(2*T*Lp)，保持Vdc和Ton稳定，可保持输出稳定。

1.初级电流、输出功率、输入电压和导通时间的关系：

1,假设效率为80%，则Pin=1.25*Po=1.25*V²0/R=1/2*(Lp*I²p)/T；最大导通时间Ton出现在输入电压Vdc最小时，因此Ip=Vdc*Ton/LpàVo=Vdc*Ton*√[R/(2.5*T*Lp)]。

2.DCM工作模式：

为了避免磁芯的磁通量偏向，工作在DCM模式可以保证磁芯得到完全复位。

1,为使磁心不偏离磁滞回线，必须保证变压器正负伏秒数相等；那么根据伏秒定律可得：(Vdc-Vds)*Ton=(Vo+Vd)*(Np/Nsm)*Tr；

3,如果由于Ton增加，导致次级电流在Q1再次导通之前无法归零，电路进入连续工作模式，将发生振荡；

4,将导通时间条件代入可得：Ton=[(Vo+1)*(Np/Nsm)*0.8T]/[(Vdc-1)+(Vo+1)*(Np/Nsm)]。

3.初级电感与最小输出电阻及直流输入电压关系：

1,由式Vo=Vdc*Ton*√[R/(2.5*T*Lp)]可得，Lp=[R/(2.5*T)]*[(Vdc*T²on)/Vo]=(Vdc*Ton)²/(2.5*T*Po)。

4.开关管峰值电流：

1,若开关管为双极晶体管，则峰值电流Ip=Vdc*Ton/Lp；若开关管为MOS管，其最大通流能力设计为峰值电流为5~10倍。

5.初级电流有效值：

1,初级电流为三角波，峰值为Ip，初级电流有效值Irms=(Ip/√3)*√(Ton/T)。

2，交错反激拓扑

交错反激拓扑如下左图所示，由两个不连续模式反激变拓扑组成，两个开关交替导通，次级电流通过整流管互相叠加；其输出功率可达到反激拓扑的2倍，主要限制是其原副边峰值电流太高，但也可通过连续模式反激拓扑来实现（成本太高）。

交错反激拓扑，从能量传输角度来看就是两个反激拓扑的组合，具体工作过程参考上节反激拓扑。

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