[分享] 漫谈反激变换器

木犯001号 2019-1-29 16:05 楼主

一.我们先来认识一下反激变换器
1.反激基本电路:

2．工作原理：

变压器的一次和二次绕组的极性相反，这大概也是Flyback名字的由来：
a.当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管截止，变压器储存能量，负载由输出电容提供能量。
b.当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量。

3.反激电路的演变：
可以看作是隔离的Buck/Boost电路:

4.在反激电路中，输出变压器T除了实现电隔离和电压匹配之外，还有储存能量的作用，前者是变压器的属性，后者是电感的属性，因此有人称其为电感变压器，有时我也叫他异步电感。

二．Flyback的工作模式:
1.DCM(discontinuous current mode)&CCM(continuous current mode)
根据次级电流是否有降到零，反激可以分为DCM和CCM两种工作模式。两种模式有其各自的特点。下面两种工作模式时的波形(理想波形)。

反激变换器工作在CCM下的各个波形

反激变换器工作在DCM下的各个波形

3.工作模式：

1）电压电流波形
2）用电感变压器模型来标示工作工作过程；也可以原副边分开讨论，用电压源来代替中间的转换。

4.波形震荡的来源：

1）开关管关断时的震荡来源于漏感；

2）断续时的震荡，主要原边电感了，因没有了反射电压嵌位。我们可以把反射电压当作一个电压源.

5.实际不理想时开关管所承受的电压是什么样的那？

a. (1)开关管电压分为几部分：

Vds=VDC+VRo(N*Vo)+Vlk

b. (2)VDC没有什么好解释的；VRo是因原边开关管关断副边二极管导通，输出电压通过变压器反映到原边的电压(N*Vo)；除了变压器制约住的电压还有制约不住的漏感电压Vlk，既然是漏感电压，当然和变压器的漏感有关系了。这个电压是我们讨厌的！

c. (3)如果来限制漏感电压那？RCD吸收钳位电路，利用电容吸收，靠二极管钳位，通过电阻把漏感能量消耗掉。设计的原则是让RCD能够消耗掉漏感能量，发挥该有的作用，但又不能过猛成为原边一个吃激磁电感能量负载。

6. 变压器，电压电流波形，二极管反向恢复：

1)反激的变压器与其说是变压器莫如说是电感,但我们又不能否认它是变压器;

2)变压器都会存在或多或少的漏感，相对于原边变存在，相对于复边亦存在；

3)电压波形的两处震荡：

a.CCM模式时,只有开关管关断时,由于漏感引起的震荡（Lk和C）;
b.DCM模式时,还有副边电流为零，原边电感失去NVo嵌位，引起震荡(Lm和C）；

c.所有的震荡，甚至包含功率转换的基本开关，都是EMI的来源；

5)同时，我们知道二极管存在反向恢复问题：

a.CCM模式，会有该问题；

b.DCM模式，因电流已将到零了，所以基本不存在这个问题；

三.再谈Vds:

Vds=VDC+VRo(n*Vo)+Vlk;

这个公式我再谈两点：

a.如果还考虑到副边整流管的压降，应该是n*(Vo+VDsec);因VDsoec很小，忽略了，前提是n不大时。

b.在我们设计时，输入电压和输出电压是定下来，我们无能为力，但是匝比是我们自己设计的。有时候，我们为了迁就选择标准的管子，我们电压偏高时，就要来轻微的调整匝比来满足我们的设计。

四. 再谈一下断续和连续的问题：
1. 原副边的制约关系:
a. Uo=D/（1-D）Vin 这是Flyback的电压制约公式，这里没有负载参数，说明理论上输出电压不受负载影响，这个最经常出现的公式只是在CCM下成立的奥。
b. 如果在DCM模式下，原边与副边靠的功率守恒来制约，这样输出电压的公式为：
Vo=VinTon*Sqrt(R0/2TLp) 输出电压与负载大小有关系，电压与负载成反比，因此原则上开环不能空载运行的哈，不要忘了呀。

2. 断续和连续的真实波形是怎样的那？
其实反激真是很神奇的一个拓扑，简单而又十分高深；对于最基本的问题，我也是了解了其中的30%而已。小功率机种Flybck真是最佳选择，多小那？在LLC没有被人们掌握好之前，200W都有用的，现在75W以上的人们开始考虑用LLC了，效率却是做得更好。

3. 在开关管关断时有来源于漏感的震荡；在转入DCM时也有震荡，但这个震荡是主电感在震荡了。我有时根据这个震荡来判断你是DCM还是CCM，这是我自己所采用的方法，不知道对不对哈。

五.再谈Flyback的变压器
1.在反激电路中，输出变压器T除了实现电隔离和电压匹配之外，还有储存能量的作用，前者是变压器的属性，后者是电感的属性，因此有人称其为电感变压器，有时我也叫他异步电感。

2.Flyback电路没有输出滤波电感，或者更准确的说反激可以没有输出滤波电感，用蔡明的话来讲，这是为什么那？我得理解是因第一条，实际上在电流回路中已经有了电感了，所以可以不在有；

3.Flyback的变压器要存储能量，这不是变压器的属性，这是电感的属性；

变压器要存储能量，所以变压器一般要开气息；有的朋友可能对我前面的话不理解，存储能量和气息有什么关系那？是因一旦开了气息，能量主要保存在气息中。
六.

七.
反激变换器的基本原理和特征聊完了；
该聊聊具体的术了：
先聊变压器，我的水平聊这个东东，有些难度呀：
浅浅的聊聊吧：
匝比，感量(以连续和断续的临界模式为例）:
1.我在前边在分析开关管关断电压时，谈过要关心匝比对此的影响，你结合希望的D定下来一个合适的匝比哈；匝比定下，就是N了，这个不多讲了。
2.变压器感量怎么确定求取那？
先推到公式：
a.求D:
D=N*Vo/(Vin+N*vo) 搞定D;
b.还得搞定一个Ipeak这个东西，峰值电流：
利用功率守恒这个法宝吧:
Ipeak*(1-Krp/2)*D=(Pin=(Po/K))/Vin;Ipeak搞定；
这里边有个这东西Krp，在这里等于1了，这个东西是一显得很专业的东西，其实没有什么玄机了。一个很简单的东西，有时要搞得复杂，呵呵；
c.求原边感量：
先来回忆你很熟悉很熟悉的两个公式：
E=N*di fan/dt 就是那个公式了，我就不仔细编辑了哈，电磁感应定律你懂的；
还有一个你更懂得，电感公式E=Ldi/dt ；好了哈，联立了：

3.原边感量，你都已经知道了，副边的感量就自然知道了；

八.接着上边已有的成果，我们来看看原边的电流哈：
(有很多名称的，我也搞不很清楚，呵呵)
1.平均电流:Iave=(Pin=(Po/K))/Vin;
2.峰值电流:Ipeak=Iave/(1-Krp/2)D
3.电流Ripple: 三角I=Ipeal*Krp;
以上很好理解吧，我就不解释了；
4.电流有效值：

6.副边的电流大家自己推。

九.开关频率fs:
（1）开关频率fs=1/(ton+toff):
ton=I_P*L/Vin;toff=I_P*L/(N*Vo);
（2）更精细的计算应该加上VDS的上升和下降时间:
t_Lleak=Cp*VDS/I_P;t_w=pi*sqrt(Cp*Lp);
fs=1/(ton+toff+t_Lleak+t_w)

十.我们再谈谈Flyback变压器开气息的目的：
先看图，我发现图是最直接的展现形式，不信，您看：