反激式(RCD)開關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)

因該電源是公司產(chǎn)品的一個(gè)配套使用，且各項(xiàng)指標(biāo)都不是要求太高，故選用最常用的反激拓?fù)洌@樣既可以減小體積(給的體積不算大)，還能降低成本，一舉雙的!

反激拓?fù)涞那吧硎荁uck-Boost變換器，只不過(guò)就是在Buck-Boost變換器的開關(guān)管和續(xù)流二極管之間放入一個(gè)變壓器，從而實(shí)現(xiàn)輸入與輸出電氣隔離的一種方式，因此，反激變換器也就是帶隔離的Buck-Boost變換器。

先學(xué)習(xí)下Buck-Boost變換器

工作原理簡(jiǎn)單介紹下

1.在管子打開的時(shí)候，二極管D1反向偏置關(guān)斷，電流Is流過(guò)電感L，電感電流IL線性上升，儲(chǔ)存能量!

2.當(dāng)管子關(guān)斷時(shí)，電感電流不能突變，電感兩端電壓反向?yàn)樯县?fù)下正，二極管D1正向偏置開通!給電容C充電及負(fù)載提供能量!

3.接著開始下個(gè)周期!

從上面工作可以看出，Buck-Boost變換器是先儲(chǔ)能再釋放能量，VS不直接向輸出提供能量，而是管子打開時(shí)，把能量?jī)?chǔ)存在電感，管子關(guān)斷時(shí)，電感向輸出提供能量!

根據(jù)電流的流向，可以看出上邊輸出電壓為負(fù)輸出!

根據(jù)伏秒法則

Vin*Ton=Vout*Toff

Ton=T*D

Toff=T*(1-D)

代入上式得

Vin*D=Vout*(1-D)

得到輸出電壓和占空比的關(guān)系Vout=Vin*D/(1-D)

看下主要工作波形

從波形圖上可以看出，晶體管和二極管D1承受的電壓應(yīng)力都為Vs+Vo(也就是Vin+Vout);

再看最后一個(gè)圖，電感電流始終沒(méi)有降到0，所以這種工作模式為電流連續(xù)模式(Ccm模式)。

如果再此狀態(tài)下把電感的電感量減小，減到一定條件下，會(huì)出現(xiàn)這個(gè)波形!

從上圖可以看出，電感電流始終降到0后再到最大，所以這種模式叫不連續(xù)模式(DCM模式)。

把上邊的Buck-Boost變換器的開關(guān)管和續(xù)流管之間加上一個(gè)變壓器就會(huì)變成反激變換器!

還是和上邊一樣，先把原理大概講下：

1. 開關(guān)開通，變壓器初級(jí)電感電流在輸入電壓的作用下線性上升，儲(chǔ)存能量。變壓器初級(jí)感應(yīng)電壓到次級(jí)，次級(jí)二極管D反向偏置關(guān)斷。

2. 開關(guān)關(guān)斷，初級(jí)電流被關(guān)斷，由于電感電流不能突變，電感電壓反向(為上負(fù)下正)，變壓器初級(jí)感應(yīng)到次級(jí)，次級(jí)二極管正向偏置導(dǎo)通，給C充電和向負(fù)載提供能量!

3. 開始下個(gè)周期。以上假設(shè)C的容量足夠大，在二極管關(guān)斷期間(開關(guān)開通期間)給負(fù)載提供能量!

咱先看下在理想情況下的VDS波形

上面說(shuō)的是指變壓器和開關(guān)都是理想工作狀態(tài)!

從圖上可以看出Vds是由VIN和VF組成，VIN大家可以理解是輸入電壓，那VF呢?

這里我們引出一個(gè)反激的重要參數(shù)：反射電壓即VF，指次級(jí)輸出電壓按照初次級(jí)的砸比反射到初級(jí)的電壓。可以用公式表示為VF=VOUT/(NS/NP),(因分析的是理想情況，這里我們忽略了整流管的管壓降，實(shí)際是要考慮進(jìn)去的)

式中VF為反射電壓;

VOUT為輸出電壓;

NS為次級(jí)匝數(shù);

NP為初級(jí)匝數(shù)。

比如，一個(gè)反激變換器的匝比為NP:NS=6：1，輸出電壓為12V，那么可以求出反射電壓VF=12/(1/6)=72V。

上邊是一個(gè)連續(xù)模式(CCM模式)的理想工作波形。

下面咱在看一個(gè)非連續(xù)模式(DCM模式)的理想工作波形

從圖上可以看出DCM的Vds也是由VIN和VF組成，只不過(guò)有一段時(shí)間VF為0，這段時(shí)候是初級(jí)電流降為0，次級(jí)電流也降為0。

那么到底反激變化器怎么區(qū)分是工作在連續(xù)模式(CCM)還是非連續(xù)模式(DCM)?

是看初級(jí)電感電流是否降到0為分界點(diǎn)嗎，NO，反激變換器的CCM和DCM分界點(diǎn)不是按照初級(jí)電感電流是否到0來(lái)分界的，而是根據(jù)初次級(jí)的電流是否到0來(lái)分界的。

如圖所示

從圖上可以看出只要初級(jí)電流和次級(jí)電流不同時(shí)為零，就是連續(xù)模式(CCM);

只要初級(jí)電流和次級(jí)電流同時(shí)為零，便是不連續(xù)模式(DCM);

介于這倆之間的是過(guò)度模式，也叫臨界模式(CRM)。

以上說(shuō)的都是理想情況，但實(shí)際應(yīng)用中變壓器是存在漏感的(漏感的能量是不會(huì)耦合到次級(jí)的)，MOS管也不是理想的開關(guān)，還有PCB板的布局及走線帶來(lái)的雜散電感，使得MOS的Vds波形往往大于VIN+VF。類似于下圖

這個(gè)圖是一個(gè)48V入的反激電源。