反激式轉(zhuǎn)換器工作原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)-KIA MOS管

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

反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)非常簡單，包含反激式變壓器、開關(guān)、整流器、濾波器等電氣元件，以及驅(qū)動(dòng)開關(guān)和實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的控制裝置。

其電路設(shè)計(jì)如下圖所示：

反激式轉(zhuǎn)換器

開關(guān)用于接通和關(guān)斷初級(jí)電路，可以使變壓器磁化或退磁。來自控制器的PWM信號(hào)控制開關(guān)的操作。在大多數(shù)反激變壓器設(shè)計(jì)中，F(xiàn)ET、MOSFET或基本晶體管用作開關(guān)。

整流器對(duì)次級(jí)繞組的電壓進(jìn)行整流以獲得脈動(dòng)直流輸出，并將負(fù)載與變壓器的次級(jí)繞組斷開。電容器過濾整流器輸出電壓并根據(jù)所需應(yīng)用增加直流輸出電平。

反激變壓器用作存儲(chǔ)磁能的電感器，它被設(shè)計(jì)為一個(gè)雙耦合電感器，用作初級(jí)和次級(jí)繞組，并且以接近50KHz的高頻率工作。

關(guān)系式推導(dǎo)

有必要考慮匝數(shù)比、占空比以及初級(jí)和次級(jí)繞組電流的反激轉(zhuǎn)換器關(guān)系式計(jì)算。因?yàn)樵褦?shù)比可能會(huì)影響流經(jīng)初級(jí)和次級(jí)繞組的電流以及占空比。當(dāng)匝數(shù)比高時(shí)，占空比也變高，通過初級(jí)和次級(jí)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(shù)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(bǔ)償電壓和輸出的差異。

此外，還應(yīng)該考慮其它參數(shù)，例核心材料、氣隙的影響和極化。下面討論通過考慮開關(guān)位置的反激式轉(zhuǎn)換器關(guān)系式計(jì)算。

1、當(dāng)開關(guān)打開時(shí)：

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(yīng)用集成，可以得到初級(jí)繞組上的電流為：Ipri =( Vin. /Lp )Ton。

初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的總能量為：Epri = ? Ipri 2 X Lp。

其中Vin=輸入電壓、Lp=初級(jí)繞組的電感或初級(jí)電感、Ton=開關(guān)打開的時(shí)間。

2、當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)：

VL(次級(jí)) – VD – Vout = 0。

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

由于VL次級(jí)=Vout，因此di = Vout / Ls) X dt。

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

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

其中Vsec =次級(jí)繞組中的電壓 = 負(fù)載處的總輸出電壓、Ls=次級(jí)繞組的電感、T=pwm信號(hào)周期、Ton=開啟時(shí)間。

工作原理

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

當(dāng)開關(guān)處于ON位置時(shí)，輸入和負(fù)載之間沒有能量傳輸。總能量將存儲(chǔ)在電路的初級(jí)繞組中。這里漏極電壓Vd=0，電流Ip通過初級(jí)繞組。能量以變壓器磁感的形式存儲(chǔ)，電流隨時(shí)間線性增加。然后二極管變?yōu)榉聪蚱茫瑳]有電流流向變壓器的次級(jí)繞組，總能量存儲(chǔ)在輸出端使用的電容器中。

當(dāng)開關(guān)處于關(guān)閉位置時(shí)，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(fù)載，整流電路開始對(duì)電壓進(jìn)行整流。核心中的總能量將被轉(zhuǎn)移到負(fù)載將被整流，并且該過程將繼續(xù)，直到核心中的能量耗盡或直到開關(guān)打開。

反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

反激式轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)、靈活、簡單且主要使用SMPS(開關(guān)模式電源)設(shè)計(jì)，具有良好的性能特性，可為許多應(yīng)用帶來優(yōu)勢，其性能特征如下圖所示。

反激式轉(zhuǎn)換器