01、反激電源

反激式開關(guān)電源是指使用反激高頻變壓器隔離輸入輸出回路的開關(guān)電源。“反激”指的是在開關(guān)管接通的情況下，當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出線路中串聯(lián)的電感為放電狀態(tài)；相反，在開關(guān)管斷開的情況下，當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出線路中的串聯(lián)的電感為充電狀態(tài)。

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(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器原邊電感電流開始上升，此時(shí)由于次級(jí)同名端的關(guān)系，輸出二極管截止，變壓器儲(chǔ)存能量，負(fù)載由輸出電容提供能量。 

 

b. 當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，變壓器原邊電感感應(yīng)電壓反向，此時(shí)輸出二極管導(dǎo)通，變壓器中的能量經(jīng)由輸出二極管向負(fù)載供電，同時(shí)對(duì)電容充電，補(bǔ)充剛剛損失的能量。 

 

反激電路的演變：

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(shí)現(xiàn)電隔離和電壓匹配之外，還有儲(chǔ)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(shí)我也叫他異步電感。 

 

02、正激電源

正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性和輸出電壓負(fù)載特性，相對(duì)來說比較好，因此，工作比較穩(wěn)定，輸出電壓不容易產(chǎn)生抖動(dòng)，在一些對(duì)輸出電壓參數(shù)要求比較高的場(chǎng)合，經(jīng)常使用。

 

所謂正激式變壓器開關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正在被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈正好有功率輸出。

 

 

單端正激式：

 

 

 

雙管正激式：

 

 

 

由上三張圖可知，反激的變壓器可以看作一個(gè)帶變壓功能的電感，是一個(gè) buck-boost 電路。正激的變壓器是只有變壓功能，整體可以看成一個(gè)帶變壓器的 buck 電路。二次側(cè)接第一個(gè)整流二極管的負(fù)端接電解電容的是反擊，接電感的是正激。

 

總地來說，正激反激工作原理不同，正激是初級(jí)工作次級(jí)也工作，次級(jí)不工作有續(xù)流電感續(xù)流，一般是 CCM 模式。功率因數(shù)一般不高，而且輸入輸出和變比占空比成比例。反激是初級(jí)工作，次級(jí)不工作，兩邊獨(dú)立開來,一般 DCM 模式下，理論上是單位功率因數(shù)，但是變壓器的電感會(huì)比較小，而且需要加氣隙,所以一般適合中小功率情況 . 一般的電源書都會(huì)有具體的介紹和設(shè)計(jì)公式。

 

正激變壓器是理想的，不儲(chǔ)能，但是由于勵(lì)磁電感（Lp）是有限值，勵(lì)磁電流使得磁芯 B 會(huì)大，為避免磁通飽和，變壓需要輔助繞組進(jìn)行磁通復(fù)位；反激變壓器工作形式可以看做耦合電感;電感先儲(chǔ)能，再放能。由于反激變壓器的輸入、輸出電壓極性相反，固當(dāng)開關(guān)管斷開之后，次級(jí)可以提供磁芯一個(gè)復(fù)位電壓，因而反激變壓器不需額外增加磁通復(fù)位繞組。

 

03、主要區(qū)別

正激反激主要區(qū)別在高頻變壓器的工作方式不同但他們?cè)谕幌笙奚?。正激是?dāng)變壓器原邊開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)同時(shí)能量被傳遞到負(fù)載上，當(dāng)開關(guān)管截止是變壓器的能量要通過磁復(fù)位電路去磁。反激是和正激相反，當(dāng)原邊開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)給變壓器存儲(chǔ)能量。但能量不會(huì)加在負(fù)載上，當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，變壓器的能量釋放到負(fù)載側(cè)。正激開關(guān)電源，后面多的那個(gè)二級(jí)管是續(xù)流二級(jí)管，一般輸出部分還會(huì)多加一個(gè)儲(chǔ)能電感，正激和反激最重要的區(qū)別是變壓器初次級(jí)的相位是反相的。

 

正激式開關(guān)電源是電源開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)候，電源向負(fù)責(zé)提供功率輸出，而關(guān)斷的時(shí)候沒有功率輸出。反激式開關(guān)電源正好相反，電源開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)只向變壓器存儲(chǔ)能量，沒有給負(fù)載提供功率輸出，僅在電源開關(guān)管關(guān)斷時(shí)才向負(fù)載提供輸出。

 

正激式開關(guān)電源輸出電壓是取整流輸出電壓的平均值，反激式開關(guān)電源輸出電壓是取整流輸出電壓的半波平均值，兩種電壓輸出的相位正好相反。

 

偏磁是指加在變壓器兩端的正反向脈沖電壓的伏秒乘積（伏秒積）不等，從而造成變壓器磁芯的磁滯工作回線偏離坐標(biāo)原點(diǎn)的現(xiàn)象。正激反激主要區(qū)別在，高頻變壓器的工作方式不同，但他們?cè)谕幌笙奚?。正激是?dāng)變壓器原邊開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)同時(shí)能量被傳遞到負(fù)載上，當(dāng)開關(guān)管截止是變壓器的能量要通過磁復(fù)位電路去磁。反激是和正激相反，當(dāng)原邊開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)給變壓器存儲(chǔ)能量，但能量不會(huì)加在負(fù)載上。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，變壓器的能量釋放到負(fù)載側(cè)，正激開關(guān)電源，后面多的那個(gè)二級(jí)管是續(xù)流二級(jí)管，一般輸出部分還會(huì)多加一個(gè)儲(chǔ)能電感,正激和反激最重要的區(qū)別是變壓器初次級(jí)的相位是反相的。正激與反激的工作最大區(qū)別是，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，正激的輸出主要靠?jī)?chǔ)能電感和續(xù)流二級(jí)管來維持輸出，而反激的輸出主要靠變壓器次級(jí)釋放能量來維持輸出。

 

04、最大區(qū)別

正激與反激的工作最大區(qū)別是，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，正激的輸出主要靠?jī)?chǔ)能電感和續(xù)流二級(jí)管來維持輸出，而反激的輸出主要靠變壓器次級(jí)釋放能量來維持輸出。正激電路不宜做多路輸出，正激電路要用脈寬調(diào)整做穩(wěn)壓必須在次極整流以后串電感，不然輸出電壓主要由輸入決定，與脈寬影響不大，脈寬只影響輸出紋波。如用正激電路做多路輸出原理上存在的問題：如每路輸出不用電感，那么對(duì)輸入變化沒有穩(wěn)壓作用，且沒有開關(guān)電源應(yīng)有的安全性。如果每路加電感：那么輸出電壓在理論上與負(fù)載大小有關(guān)，不參與反饋的回路就不正。

 

反激電路在原理上就適合多路輸出穩(wěn)壓。反激電路首先儲(chǔ)能，后把能量按各路的電壓比率供應(yīng)給每一路，先可以認(rèn)為每路的輸出比例是不變的（實(shí)際有誤差看下面），按電流誰需要多給誰多的原則分配。

 

05、關(guān)于反饋

被反饋的這一路總是很準(zhǔn)的因?yàn)榫褪前凑宜麃矸答伒?，但反饋的一路一定要有一點(diǎn)負(fù)載。不然會(huì)加大輸出各路間的不平衡。可以用多路加權(quán)來進(jìn)行反饋，就可以使誤差的矢量和為零，通俗點(diǎn)讓誤差在各路間均衡，哪路的權(quán)重大，哪路的精度就高。變壓器遵守各個(gè)瞬態(tài)電壓比等于線圈比，這是理解中用得最多的一個(gè)條件。

 

06、關(guān)于開關(guān)電源

正激式是開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)變壓器次級(jí)電路工作,反激式是開關(guān)管截止時(shí)變壓器次級(jí)電路工作(開關(guān)截止，主級(jí)能量傳遞給次級(jí)，次級(jí)工作開關(guān)閉合，主級(jí)電感線圈存儲(chǔ)能量)。正激式開關(guān)電源輸出必需有續(xù)流二極管而反激式?jīng)]有（它們的變壓器繞法也不一樣。反激式變壓器初次極工作時(shí)間相反而正激式初次極工作時(shí)間相同）正激跟反激相比最大的問題的用的器件更多，雖然好像沒多幾個(gè)，但都是必不可少，而且成本都是很高的。電路比反激式變壓器開關(guān)電源多用一個(gè)大儲(chǔ)能濾波電感，以及一個(gè)續(xù)流二極管。正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓受占空比的調(diào)制幅度，相對(duì)于反激式變壓器開關(guān)電源來說要低很多，因此，正激式變壓器開關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號(hào)幅度比較高，誤差信號(hào)放大器的增益和動(dòng)態(tài)范圍也比較大。

 

正激式變壓器開關(guān)電源為了減少變壓器的勵(lì)磁電流，提高工作效率，變壓器的伏秒容量一般都取得比較大，并且為了防止變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)把開關(guān)管擊穿，正激式變壓器開關(guān)電源的變壓器要比反激式變壓器開關(guān)電源的變壓器多一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)吸收繞組，因此，正激式變壓器開關(guān)電源的變壓器的體積要比反激式變壓器開關(guān)電源的變壓器的體積大。

 

正激式變壓器開關(guān)電源還有一個(gè)更大的缺點(diǎn)是在控制開關(guān)關(guān)斷時(shí)，變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓要比反激式變壓器開關(guān)電源產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓高。因?yàn)橐话阏な阶儔浩鏖_關(guān)電源工作時(shí)，控制開關(guān)的占空比都取在 0.5 左右，而反激式變壓器開關(guān)電源控制開關(guān)的占空比都取得比較小。

 

07、應(yīng)用區(qū)別

 

正激式變壓器不蓄積能量，只擔(dān)負(fù)偶合傳輸,反激式變壓器需把開通過程中的能量蓄積在本身，關(guān)斷過程中再釋放：正激式繞組同相位，反激式繞組反相；正激式變壓器不用調(diào)節(jié)電感值，反激式需調(diào)節(jié)。正激式工作存在剩磁為防飽和需消磁電路，本身不蓄能需要蓄能線圈和續(xù)流二極管，反激式不用。

 

反激主要用在 150-200 瓦以下的情況，正激則用在 150w 到幾百瓦之間。之所以反激更廣范就是因?yàn)槲覀內(nèi)粘Ｖ?100w 以下的電源比較常見，應(yīng)用比較常見，所以也就比較廣泛啦。原理就是一個(gè)通過儲(chǔ)能再通過變比進(jìn)行變壓的，一個(gè)是直接通過變比進(jìn)行變壓的。正激初級(jí)繞組同名端都是正極所以叫正激，反激一個(gè)在正，一個(gè)在負(fù)所以叫反激。

 

反激式可做小功率，成本低，調(diào)試相對(duì)簡(jiǎn)單些，所以在小功率電源中常用。它們的區(qū)別: 主變壓器方面, 正激的需增加消磁繞組，當(dāng)然也有的用增加兩個(gè)二極管在主繞組進(jìn)行消磁，無論如何正激電源必須增加消磁回路。反激不用增加輸出儲(chǔ)能電感，因?yàn)槟芰磕軆?chǔ)存在次級(jí)線圈中 ，正激須增加輸出儲(chǔ)能電感，且整流部分需增加續(xù)流二極管。

 

08、注意事項(xiàng)

1、正激電路不宜做多路輸出。

 

2、正激電路要用脈寬調(diào)整做穩(wěn)壓必須在次極整流以后串電感，不然輸出電壓主要由輸入決定，與脈寬影響不大，脈寬只影響輸出紋波。

 

3、如用正激電路做多路輸出原理上存在的問題：

 

4、如每路輸出不用電感，那么對(duì)輸入變化沒有穩(wěn)壓作用，且沒有開關(guān)電源應(yīng)有的安全性。

 

5、如果每路加電感：那么輸出電壓在理論上與負(fù)載大小有關(guān)，不參與反饋的回路就不正。

 

6、反激電路在原理上就適合多路輸出穩(wěn)壓和安全性。

 

7、反激電路首先儲(chǔ)能，后把能量按各路的電壓比率供應(yīng)給每一路，先可以認(rèn)為每路的輸出比例是不變的（實(shí)際有誤差看下面），按電流誰需要多給誰多的原則分配。

 

8、關(guān)于反饋：被反饋的這一路總是很準(zhǔn)的因?yàn)榫褪前凑宜麃矸答伒模答伒囊宦芬欢ㄒ幸稽c(diǎn)負(fù)載。不然會(huì)加大輸出各路間的不平衡。

 

9、可以用多路加權(quán)來進(jìn)行反饋，就可以使誤差的矢量和為零，通俗點(diǎn)讓誤差在各路間均衡，哪路的權(quán)重大，哪路的精度就高。最后再次說明：變壓器遵守各個(gè)瞬態(tài)電壓比等于線圈比，這是理解中用得最多的一個(gè)條件。正激式變壓器不蓄積能量,只擔(dān)負(fù)偶合傳輸，反激式變壓器需把開通過程中的能量蓄積在本身，關(guān)斷過程中再釋放：正激式繞組同相位，反激式繞組反相；正激式變壓器不用調(diào)節(jié)電感值，反激式需調(diào)節(jié)。正激式工作存在剩磁為防飽和需消磁電路，本身不蓄能需要蓄能線圈和續(xù)流二極管。反激式不用 .. 因?yàn)槌杀竞退鼈兊奶匦?，一般反激式電源?100 瓦以下，正激式 100 瓦以上，并不是它們不能互換做功率。

 

09、為何“正激”比“反激”可以做更大的功率？

我們做過正激也做過反激的電源工程師都知道，一般在 100W 以內(nèi)我們習(xí)慣用反激拓?fù)鋪碜?，超過 100W 的用正激比較合適。

 

為何？

我來說說我的觀點(diǎn)，首先只要懂得設(shè)計(jì)變壓器的工程師在計(jì)算反激開關(guān)電源時(shí)，反激功率做得越大，原邊電感量肯定是越小的，這跟拓?fù)涞奶匦杂嘘P(guān)，我們先來分析一下反激的工作過程。

 

 

 

上圖為反激的基本拓?fù)?，?dāng) MOS 開關(guān)管開通時(shí)，變壓器原邊繞組上正，下方，此時(shí)變壓器副邊繞組上負(fù)下正，整流二極管 VD 截止，在 MOS 開通的時(shí)段，變壓器的勵(lì)磁能量由于沒有通路釋放從而全部存儲(chǔ)在變壓器中。當(dāng) MOS 開關(guān)管關(guān)閉之后，變壓器原邊繞組電位變成下正上負(fù)，根據(jù)同名端，此時(shí)副邊繞組的電位為上正下負(fù)，整流二極管 VD 導(dǎo)通，變壓器釋放能量，磁芯復(fù)位。

 

就是這樣周而復(fù)始，使輸出穩(wěn)壓。

 

由于這種不斷存儲(chǔ)又釋放存儲(chǔ)又釋放的工作模式?jīng)Q定變壓器的是很容易飽和的，為了控制變壓器不飽和，通常的做法就是加氣隙。

 

為了方便，我們用反激 DCM 的公式，簡(jiǎn)單說明一下

 

 

Lp：原邊感量，Ip：原邊電流，Vin 最低輸入電壓，D：占空比，P 輸入功率，f 開關(guān)頻率

 

我們通過幾個(gè)簡(jiǎn)單的公式就可以看出，反激電源的原邊電感量是受到了限制的。

 

 

 

我們?cè)偻ㄟ^上面的公式，可知感量和 Lp 和峰值電流定了之后，要使磁芯不飽和，我們只能通過增大 Np 匝數(shù)來降低磁通密度，Np 增大了，Lp 是定了磁芯必然要加氣隙。有計(jì)算經(jīng)驗(yàn)的人都知道，反激變壓器尤其是功率打了變壓器感量都是比較小的。

 

下面我們來看看正激：

 

 

 

上圖為正激電源的基本拓?fù)?，開關(guān) MOS 管開通時(shí)，原邊繞組 NP1 為上正下負(fù)，根據(jù)同名端判定此時(shí)副邊繞組 NS 也為上正下負(fù)，輸出整流二極管 VD1 是導(dǎo)通的，原邊導(dǎo)通的同時(shí)副邊也導(dǎo)通，能量每個(gè)周期都能夠得到即時(shí)釋放。變壓器不存在存儲(chǔ)階段，雖然原邊也有比較大的電流，但這電流大部分都是由副邊折射過來的，初級(jí)和次級(jí)是同時(shí)有電流的,而且產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等,方向相反,當(dāng)負(fù)載變重,初級(jí)電流也相應(yīng)加大,抵消了磁芯磁場(chǎng)的變化，所以正激不用考慮正激的電感量的大小，繞多大就是多大。

 

當(dāng)然別忘記還有一部分勵(lì)磁電流，但由于電感量很大勵(lì)磁電流是很小的，開關(guān) MOS 開通時(shí)，(不考慮功率部分，只考慮勵(lì)磁電流)變壓器原邊電感上陣下負(fù)，勵(lì)磁電流線性上升，等到開關(guān) MOS 關(guān)閉時(shí)，NP1 繞組下正上負(fù)，此時(shí)通過同名端可知，NP2 上正下負(fù) D1 導(dǎo)通，原邊電感存儲(chǔ)的勵(lì)磁能量通過 NP2 和 D1 釋放出去，返回到輸入大電容上，磁芯復(fù)位。當(dāng)然變壓器也存在漏感，這部分漏感就生了正激的尖峰電壓。

 

通過上面的對(duì)比，我們可知，同樣一個(gè)功率變壓器，可得到如下結(jié)論。

 

1、反激變壓器的電感量很小，而正激變壓器的電感量很大。

 

2、反激變壓器通過副邊輸出繞組復(fù)位，正激變壓器有專門的復(fù)位繞組復(fù)位。

 

3、反激變壓器需要復(fù)位的勵(lì)磁能量但同時(shí)也是整個(gè)功率部分的能量，正激變壓器復(fù)位的也是勵(lì)磁部分的能量，但這個(gè)勵(lì)磁能量不包含功率部分的能量（暫且有能量這個(gè)詞，能明白就好）。

 

我們通過上面幾個(gè)結(jié)論急需來分析一下：

 

首先說反激，電感量跟正激比很小的。我們都只到變壓存在的漏感與很多因素有關(guān)，由于感量小，變壓器只要有一點(diǎn)漏感，這個(gè)漏感在整個(gè)原邊電感的占比是比較大的，而電感的能量 1/2*Lp*Ip^2 在電感和漏感中的比例是按照感量大小的比例來分配的，一旦漏感比例大了，漏感中存儲(chǔ)的能量是不能轉(zhuǎn)化到副邊，大部分是通過其他通路來消耗（轉(zhuǎn)換成損耗）的，可想而知，功率越大，感量越小，漏感比例越容易變大，造成的損耗也將越來越大，不但損耗超大而且這個(gè)漏感造成的尖峰將隨功率的增大而越來越大，非常難處理，或者說到了一定的功率量，根本無法處理。

 

我們?cè)倏凑?，電感量跟反激比是很大的。由于感量大，變壓器就算有一定的漏感，但這個(gè)漏感在整個(gè)變壓器中所占的比例也是比較小的。漏感占比很小，浪費(fèi)的能量肯定比較小，所產(chǎn)生的尖峰也很好處理。

 

通過上面的簡(jiǎn)單描述，我相信大家也明白為何反激電源的功率就是做不大？并且還可以印證我們平時(shí)測(cè)量反激時(shí) DS 尖峰是比較高的，而正激 DS 尖峰是非常小的。