反激式轉換器工作原理、拓撲結構-KIA MOS管

反激式轉換器也稱之為電源轉換器，它將交流電轉換為直流電，并在輸入和輸出之間進行電流隔離。它在電流流過電路時儲存能量，并在斷電時釋放能量。它使用了一個相互耦合的電感器，并用作降壓或升壓變壓器的隔離開關轉換器。

反激式轉換器設計非常簡單，包含反激式變壓器、開關、整流器、濾波器等電氣元件，以及驅動開關和實現調節的控制裝置。

其電路設計如下圖所示：

開關用于接通和關斷初級電路，可以使變壓器磁化或退磁。來自控制器的PWM信號控制開關的操作。在大多數反激變壓器設計中，FET、MOSFET或基本晶體管用作開關。

整流器對次級繞組的電壓進行整流以獲得脈動直流輸出，并將負載與變壓器的次級繞組斷開。電容器過濾整流器輸出電壓并根據所需應用增加直流輸出電平。

反激變壓器用作存儲磁能的電感器，它被設計為一個雙耦合電感器，用作初級和次級繞組，并且以接近50KHz的高頻率工作。

關系式推導

有必要考慮匝數比、占空比以及初級和次級繞組電流的反激轉換器關系式計算。因為匝數比可能會影響流經初級和次級繞組的電流以及占空比。當匝數比高時，占空比也變高，通過初級和次級繞組的電流減小。

由于電路中使用的變壓器是定制類型，因此目前不可能獲得具有匝數比的完美變壓器。所以，通過選擇具有所需額定值且更接近所需額定值的變壓器，可以補償電壓和輸出的差異。

此外，還應該考慮其它參數，例核心材料、氣隙的影響和極化。下面討論通過考慮開關位置的反激式轉換器關系式計算。

1、當開關打開時：

Vin – VL – Vs = 0。

在理想條件下，Vs = 0(電壓降)，那么Vin – VL = 0、VL = Lp di/dt、di = (VL / Lp) x dt。

由于VL = Vin，所以di = (Vin / Lp) x dt。

通過在兩邊應用集成，可以得到初級繞組上的電流為：Ipri =( Vin. /Lp )Ton。

初級繞組中存儲的總能量為：Epri = ? Ipri 2 X Lp。

其中Vin=輸入電壓、Lp=初級繞組的電感或初級電感、Ton=開關打開的時間。

2、當開關關閉時：

VL(次級) – VD – Vout = 0。

在理想條件下，二極管電壓降為零，所以VL(次級)– Vout = 0，VL(次級)= Vout，VL = Ls di/dt，di = (VL 次級 / Ls) / dt。

由于VL次級=Vout，因此di = Vout / Ls) X dt。

通過應用集成，可以得到：Isec = (Vsec/Ls) (T – Ton)。

轉移的總能量表示為：Esec = ?[(Vsec/Ls). (T – Ton) ]2. Ls

其中Vsec =次級繞組中的電壓 = 負載處的總輸出電壓、Ls=次級繞組的電感、T=pwm信號周期、Ton=開啟時間。

工作原理

從上圖中可以很容易知道反激式轉換器的工作原理，其工作原理基于開關模式電源(SMPS)模式。

當開關處于ON位置時，輸入和負載之間沒有能量傳輸。總能量將存儲在電路的初級繞組中。這里漏極電壓Vd=0，電流Ip通過初級繞組。能量以變壓器磁感的形式存儲，電流隨時間線性增加。然后二極管變為反向偏置，沒有電流流向變壓器的次級繞組，總能量存儲在輸出端使用的電容器中。

當開關處于關閉位置時，由于磁場的作用，通過改變變壓器繞組的極性，能量被傳遞到負載，整流電路開始對電壓進行整流。核心中的總能量將被轉移到負載將被整流，并且該過程將繼續，直到核心中的能量耗盡或直到開關打開。

反激式拓撲結構

反激式轉換器拓撲結構適應性強、靈活、簡單且主要使用SMPS(開關模式電源)設計，具有良好的性能特性，可為許多應用帶來優勢，其性能特征如下圖所示。

上述波形顯示了反激變壓器初級和次級繞組的突變和反向電流。輸出電壓將通過調整初級繞組占空比的開/關動作來調節，并且可以通過使用反饋來隔離輸入和輸出，或者在變壓器上使用額外的繞組。

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