14 反激变换器

这章呢给大家介绍一个比较常见的隔离拓扑反激电路 反激电路呢它是一个可以实现升压 或者降压的一个拓扑 那么同样呢 它可以通过 改变它副边那个匝比的一个同名端的方式 来轻松地实现我们输出电压的一个反向的一个功能 反激电路呢它是一个最简单的一个隔离拓扑 它只有一个单管的一个主开关管 然后呢它只有一个单个的一个整流管 同样呢它只有一个单个的一个磁性器件 也就是主变压器 所以说在一些低功率的场合 反激变换器的应用是非常广泛的 那么为了如果有的应用里面是 要求有多路输出的话 比如说不仅仅要输出一个电压 可能要输出两个或者三个电压 这个时候也可以通过比较简单的 在我们副边绕组上再加一路或者多路的绕组 来实现一个多个电压的一个调整 同样的话如果是我们可以在反激变换器里面 可以通过我们的原、副边的一个绕组的匝比的关系 来控制我们原边那个主开关管的一个 占空比的最大的那个开关的一个时间 这样子呢可以让我们整个系统 工作在一个比较优良的一个工作点 反激变换器的一个最大的一个缺点就是说 它那个因为它那个 Vds 上 它是不存在一个钳位电容的 那么所以说我们这个 Vds 这个电压呢 它在我们的主管关断的时候呢 会产生一个比较大的一个电压振铃 在这种时候我们为了抑制这个电压振铃的话 我们一般都会在 Vds 上会接一个 RC 电路 或者是接一个 RCD 电路来钳制这个振铃电压 但是呢即使我们加了这个 RC 电路 或者 RCD 的吸收电路之后呢 我们也依然是无法完全消除这个振铃 所以说 我们这个反激电路的话 它的那个 EMI 的特性 特别是在那个射频这一段的那个特性呢 并不是很好 我们一般的设计的话 都可能有可能会 需要在那个它的输入端加一个共模 或者差模的一个滤波器来滤除这些共模的 这些 EMI 的高频噪声 那么对于输出端呢跟输入端的一个电流纹波 因为我们没有一个电感在这个变换器里面 所以输入端和输出端的一个电流纹波都会比较大 这个时候我们设计的时候 就需要有一个比较大的一个滤波器 把它那个纹波电流给吸收掉 同样呢我们这个反激电路的控制方式也有很多种 它有的是 DCM 有的是那个边界模式 有的是那个瞬变模式 有的是那个 CCM 模式 这个都是取决于不同的控制器 那么它的一个工作的一个方式与状态 那么呃它这里呢反激变换器它有个最大特点 就是说它那个输出电压呢 它呢会在我们的主管关断的时候呢 这个输出电压呢会通过原、副边的一个电压匝比 给折射到我们的原边绕组上 所以说当我们的主开关管在关断的时候 它上面的电压应力呢 它实际上是等于输出的电压 乘以一个原、副边的一个匝比 然后再加上我们的一个输入电压 这个时候呢就是说我们在考虑 那个我们原边主开关管的一个应力的时候 要考虑到这一个输出电压 在我们原边上的一个等效的一个折射值 那么如果是我们 SR 就是说在一些应用功率比较大的场合 或者是副边输出电流比较大的场合 我们都是依然是会用一个同步整流管 来替代我们的那个整流的二极管 那么这个时候呢同步整流管的驱动呢 也有多种驱动方式 它可以由原边直接给信号 也可以由我们副边产生一个单独的 SR 控制器 来驱动我们这个 SR 控制 也可以由我们副边的那个绕组上的那个电压 来实行一个自驱的一个驱动 这个都是有多种多样的控制方式来实现的 那么这里呢是一个反激变换器的 一个典型的一个电路图 它的那个电路是相对来说是简单 我们可以看到这个 Q1 是它的一个主管 也就是说当主管那个开通的时候 我们的输入电压呢 会通过那个 Np 跟 Q1 呢形成一个回路 那么就是说这个时候输入电压 会直接加到我们的那个 Np 上 那么我们在这个时候呢 副边呢因为它那个极性相反 在副边呢这个时候呢 在我们主管开通的时候 副边会有一个下正上负的一个一个电压 那么因为这个电压极性相反 所以它无法迫使我们的 D1 导通 这个时候呢 D1 是处于阻断的状态 那么我们这个时候可以认为就是原边呢 原边的话就是由输入向我们的那个变压器的那个 进行一个充电的一个过程 那么进入了一个续流过程 就是说如果 Q1 是处于关断了之后呢 关断了之后呢 这个充电回路被阻断了 那么我们的这个变压器呢 会产生一个反向的一个感应电动势 那么就用之前充电的时候 是一个副边是一个下正上负的一个电压 那么这个时候呢会 电压会反向过来会变成一个上正下负的一个电压 那么这个电压呢 就会迫使我们的 D1 导通 然后与输出呢 形成一个续流的一个回路 那么这个续流回路的话就是说 跟我们的那个输出电压的值会是一致的 也就是说这个电压输出的电压 会直接加在我们的这个副边绕组上 像我们刚刚提到的 就是说因为这个输出电压 会直接加到这个副边绕组上 这是一正这是个负 那么根据这个 变压器的一个绕组的同名端的一个关系 那么在这个时候呢这里 也会有一个 一个正电压一个负电压 那么这个电压呢 它会等于这个输出电压乘以 这个 Ns 与 Np 之间的那个比值的关系 所以说这个时候我们在关断的时候 Q1 上的一个 Vds 的电压呢 它那个平台电压它就实际上就等于 这一点 Np 上的折射电压 然后再加上我们的实际的那个输入电压 那么这个平台值才是它那个 Q1 的一个真正的一个值 所以我们可以看到这个就是 我们一个举了一个例子的一个典型的模型 我们假设说现在有一个反激变换器 它的输入电压是一个9V 输出是5V 然后原、副边的匝比是一个2:1的一个过程 那么当我们的那个主管开通的时候 那么主管开通的时候 也就是在主管的 Vds 上的电压 实际上是等于0的 因为这个时候 那个我们的主开关管 它那个是一个很小的一个电阻 那么它上面基本上是可以认为没有电压的 那么在这个时候呢在副边的那个整流管上 它会产生一个负向的一个耐压 但是呢这个负向耐压的话 我们如果要考虑这个整个 那个我们这个整流管的耐压值的话 它实际上这个负向耐压 是等于这个我们副边那个绕组它耦合这个电压 然后再加上我们的输出电压 所以说在这一点 如果当我们主管是处于开通状态 那么我们副边整流管的电压 它实际上是等于我们的这个耦合的电压 也就是会等于9V除以2V 除以2 也就是4.5V 然后再加上我们的一个输出电压 也就是5V 也就是在这里会有是一个9.5V的一个负电压 那么当主管关断了之后 也就是关断之后呢 它上面的电压呢 它就会 Vds 电压就会快速上升 这个时候会变成一个平台电压 那么就像我们刚刚分析过的 这个时候它的平台电压呢 它实际上是会等于输出电压 它折射到原边的电压 然后再加上一个输入电压 那么这个时候输出电压折射到原边电压呢 实际上就等于 因为这个时候输出电压是5V 然后原边比副边的匝比是2:1 那么我们这个输出电压在原边上所形成的这个电压 实际上就是一个9V 同样的话如果这个9V呢 再加上我们的一个输入电压 也就是9V 同时呢再加上我们的一个 我们二极管的导通的一个正向压降 也就是实际上加在我们的一个副边绕组上的一个电压呢 就是一个5V 加上0.7V 也就是5.7V的一个电压 那么5.7V的电压通过 一个2:1的一个变压器 折射到原边 也就是会乘以2 5.7V乘以2 就是11.4V的电压 那么11.4V电压再加上一个原边电压9V 也就是20.4V的一个平台电压 所以说我们在这里可以看到 它的 Vds 电压是一个20.4V 同样的我们在整流管上的一个电压 就说我们有考虑到整流管的一个二极管的正向压降 在这里就是一个0.7V 这个是整流管的一个正向的一个电压值 对于这个我们主开关管的一个电路时 我们的分析来看就是说 当主管开通的时候 我们可以认为就是说 输入电压 直接就是像我们的主变压器 就是像变压器 可以把它等效为一个电感 那么就是说类似于电感的一个充电方式 电流是逐渐上升 那么当主管关断之后呢 原边的那个主管上的电流 肯定是被截断为0 那么这个时候呢 这个副边就是进入了一个续流的状态 那么副边续流呢这个时候 就是有电流呢会逐渐的往下降 那么这个时候电流的斜率呢 是取决于我们输出电压 跟我们等效的一个变压器的一个感量的一个值