反激
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.當開關管導通時,變壓器原邊電感電流開始上升,此時由于次級同名端的關系,輸出二極管截止,變壓器儲存能量,負載由輸出電容提供能量。
b.當開關管截止時,變壓器原邊電感感應電壓反向,此時輸出二極管導通,變壓器中的能量經由輸出二極管向負載供電,同時對電容充電,補充剛剛損失的能量。
反激
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除了實現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。
反激式變壓器是反激開關電源的核心,它決定了反激變換器一系列的重要參數,如占空比D,最大峰值電流,設計反激式變壓器,就是要讓反激式開關電源工作在一個合理的工作點上。這樣可以讓其的發熱盡量小,對器件的磨損也盡量小。同樣的芯片,同樣的磁芯,若是變壓器設計不合理,則整個開關電源的性能會有很大下降,如損耗會加大,最大輸出功率也會有下降。
反激
優點和缺點:
01
反激式開關電源的電壓和電流的輸出特性要比正激式開關電源的差。
反激式開關電源在控制開關接通期間不向負載提供功率輸出,僅在控制開關關斷期間才把存儲能量轉化為反電動勢向負載提供輸出,但控制開關的占空比為0.5時,變壓器次級線圈輸出的電壓的平均值約等于電壓最大值的的二分之一,而流過負載的電流正好等于變壓器次級線圈最大電流的四分之一。
即電壓脈動系數等于2,電流脈動系數等于4。反激式開關電源的電壓脈動系數,和正激式開關電源的脈動系數基本相同,但是電流的脈動系數是正激式開關電源的電流脈動系數的兩倍。由此可知,反激式開關電源的電壓和電流的輸出特性要比正激式開關電源的差。
特別是,反激式開關電源使用的時候,為了防止電源開關管過壓擊,起占空比一般都小于0.5,此時,流過變壓器次級線圈的電流會出現斷續,電壓和電流的脈動系數都會增加,其電壓和電流的輸出特性將會變得更差。
02
反激式開關電源的瞬態控制特性相對來說比較差。
由于反激式開關電源僅在開關關斷期間才向負載提供能量輸出,當負載電流出現變化時,開關電源不能立即對輸出電壓或電流產生反應,而需要等到下一個周期事,通過輸出電壓取樣和調寬控制電路的作用,開關電源才開始對已經過去了的事情進行反應,即改變占空比,因此,反激式開關電源的瞬態控制特性相對來說比較差。
有時,當負載電流變化的頻率和相位與取樣、調寬控制電路輸出的電壓的延時特性在相位保持一致的時候,反激式開關電源輸出電壓可能會產生抖動,這種情況在電視機的開關電源中最容易出現。
03
反激式開關電源變壓器初級和次級線圈的漏感都比較大,開關電源變壓器的工作效率低。
反激式開關電源變壓器的鐵芯一般需要留一定的氣隙,一方面是為了防止變壓器的鐵芯因流過變壓器的初級線圈的電流過大,容易產生磁飽和。
另一方面是因為變壓器的輸出功率小,需要通過調整電壓器的氣隙和初級線圈的匝數,來調整變壓器初級線圈的電感量的大小。
因此,反激式開關電源變壓器初級和次級線圈的漏感都比較大,從而會降低開關電源變壓器的工作效率,并且漏感還會產生反電動勢,容易把開關管擊穿。
04
反激式開關電源的優點是電路比較簡單,體積比較小。
反激式開關電源輸出電壓受占空比的調制幅度,相對于正激式開關電源來要高很多。
反激式開關電源的優點是電路比較簡單,比正激式開關電源少用了一個大的儲能濾波電感,以及一個續流二極管,一次,反激式開關電源的體積要比正激式開關電源的體積小,且成本也要低。
此外,反激式開關電源輸出電壓受占空比的調制幅度,相對于正激式開關電源來要高很多,因此,反激式開關電源要求調控占空比的誤差信號幅度要比較低,誤差信號放大器的增益和動態范圍也要較小。由于這些優點,目前,反激式開關電源在家電領域中還是被廣泛的應用。
05
反激式開關電源多用于功率較小的場合或是多路輸出的場合。
06
反激式開關電源不需要加磁復位繞組。
在反激式開關電源中,在開關管關斷的時候,反激式變換器的變壓器儲能向負載釋放,磁芯自然復位,不需要加磁復位措施。
07
在反激式開關電源中,電壓器既具有儲能的功能,有具有變壓和隔離的功能。
接下來用一個視頻實戰解析一下反激電源其中很重要的一個器件——反激式控制器。
LT8316 Isolated Flyback Controller
LT8316是一款提供高電壓的新型隔離反激控制器,適用于EV電池組、工業自動化、離線隔離電源等應用,具備更高的VIN容量,最高可達600V,且未配備內部MOSFET,因此是一款高度可定制的控制器,適用于EV電池組、工業自動化和離線隔離電源等高壓應用。
(視頻:Analog Devices LT8316 Isolated Flyback Controller)
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2020.05.18—08.16
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