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1反激变换器的基本原理


反激(FlyBack)型开关电源是使用反激高频变压器隔离输入输出的开关电源,与之对应的是正激开关电源。基本电路如图2-7所示。
图2-7单端反激开关电路

在反激变换器中变压器起着电感和变压器的双重作用。当变压器开关管导通时,变压器当做电感,能量转化为磁能储存能量。由于变压器的初级线圈与次级线圈同名端反向,此时二极管D承受的是反向电压,所以负载中无电流流过,此时变压器副边没有输出能量。

相反,当开关管关断时,变压器释放能量,磁能转化为电能,输出回路中有电流。反激式开关电源中输出变压器同时充当储能电感,减小了整个电源的体积,所以得到广泛应用。

反激式开关电源所用元器件少、电路简单、成本较低,可同时输出多路相隔离的电压;但由于开关管承受电压高、输出变压器利用率低,故不适合做大功率开关电源,其输出功率一般为20~100W。

当开关管关断时,由于变压器漏感储能的电流突变产生很高的关断电压尖峰;开关管导通时电感电流变化率大,产生电流尖峰,在CCM模式整流二极管反向恢复引起开关管高的电流尖峰。因此,需要用钳位电路来限制反激变换器开关管的开关电压、电流应力。

目前反激变换器的钳位电路主要有:有损 RCD钳位电路,双晶体管双二极管钳位电路,LCD钳位电路和有源钳位电路。

RCD钳位电路分为加在变压器原边和加在开关管两端两种,基本电路如图2-8和图2-9所示。这钳位电路拓扑结构简单,易于实现,但在钳位电阻R上有能量损耗,影响变换器效率。
图2-8变压器原边 RGD钳位电路

图2-9开关管两端RCD钳位电路

双晶体管双二极管钳位电路没有因电阻引起的电能损耗且能够将能量回馈到电源中去,但由于增加二极管和MOS开关管使电路结构变得复杂,成本较高。如图2-10所示。
图2-10双品体管双二极管钳位电路


LCD钳位电路只需要两只钳位二极管、一个钳位电感和一个钳位电容组成,电路中不存在MOS管和电阻,电路结构简单易于实现,变压器漏感能回馈到电源中。同时由于钳位元件谐振时电流尖峰较大,所有的二极管都属于硬开关,存在开通损耗,一般在开关频率低的场合才能够保持高效率。如图2-11所示。
图2-11 LGD钳位电路

有源钳位电路能够克服无源钳位电路转换效率低的问题。采用有源钳位电路的反激变换器能在主开关管关断期间,由钳位电容上的电压将主开关管两端的电压钳位,利用钳位电容和主开关管寄生电容和漏感进行谐振,提供主开关管零电压开通的条件,进而减小开关损耗。而且有源钳位反激变换器能够提高开关电源工作频率,缩小体积重量,提高变换器功率密度。有源钳位电路可分为低边有源钳位电路和高边有源钳位电路,如图2-12和图2-13所示。

图2-12低边有源钳位电路

图2-13高边有源钳位电路

低边有源钳位电路与高边有源钳位电路所要求的驱动电路不同。低边有源钳位电路 MOS管驱动信号可以跟主开关管驱动信号共地,驱动电路相对简单可靠易实现。高边有源钳位电路MOS管和主开关管不能共地,驱动信号需要通过变压器或者光耦实现隔离,驱动电路相对复杂。


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