解析反激電源以及變壓器設(shè)計(jì)

　　下面先讓我們仿真一下反激flyback電路的工作過程。在使用耦合電感仿真的時(shí)候，我們需要知道saber中，耦合電感怎么用。簡單的辦法，就是選擇一個(gè)理想的線性變壓器，然后設(shè)置其電感量來仿真。還有一個(gè)辦法，就是利用耦合電感K這個(gè)模型來仿真。下圖是我們用來仿真的電路圖，為了讓大家能看到元件參數(shù)的設(shè)置，我把所有元件的關(guān)鍵參數(shù)都顯示出來了。還有，因?yàn)榉抡娴男枰?，我把輸入和輸出共地，?shí)際電路當(dāng)然是隔離的。

　　細(xì)心的朋友可能會(huì)注意到，變壓器的初級(jí)電感量是202uH，參與耦合的卻只有200uH，那么有2uH是漏感。次級(jí)是50uH，沒有漏感。變壓器的電感比是200：50，那么意味著變壓器的匝比NP/NS=2：1設(shè)定瞬態(tài)掃描，時(shí)間10ms，步長10ns，看看穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形吧：

　　下面先簡單敘述其工作原理：

　　t0時(shí)刻，MOS開通。變壓器初級(jí)電流在輸入電壓的作用下，線性上升，上升速率為Vin/l1。變壓器初級(jí)電壓感應(yīng)到次級(jí)，整流二極管反向截止。二極管承受反壓為Vin/(NP/NS)+Vout。

　　t1時(shí)刻，MOS關(guān)斷。 變壓器初級(jí)電流被強(qiáng)制關(guān)斷。我們知道電感電流是不能突變的，而現(xiàn)在MOS要強(qiáng)制關(guān)斷初級(jí)電流，那么初級(jí)電感就會(huì)在MOS關(guān)斷過程中，在初級(jí)側(cè)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，我們知道，這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在原理圖中是下正上負(fù)的。這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過變壓器的繞組耦合到次級(jí)，由于次級(jí)的同名端和初級(jí)是反的。所以次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是上正下負(fù)。當(dāng)次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到輸出電壓時(shí)，次級(jí)整流二極管導(dǎo)通。初級(jí)電感在MOS開通時(shí)儲(chǔ)存的能量，通過磁芯耦合到次級(jí)電感，然后通過次級(jí)線圈釋放到次級(jí)輸出電容中。在向輸出電容中轉(zhuǎn)移能量的過程中，由于次級(jí)輸出電容容量很大，電壓基本不變，所以次級(jí)電壓被箝位在輸出電壓Vout，那么因?yàn)榇判纠@組電壓是按匝數(shù)的比例關(guān)系，所以此時(shí)初級(jí)側(cè)的電壓也被箝位在Vout/(NS/NP)，這里為了簡化分析，我們忽略了二極管的正向?qū)▔航怠?/p>

　　現(xiàn)在我們引入一個(gè)非常重要的概念，反射電壓Vf。反射電壓Vf就是次級(jí)繞組在向次級(jí)整流后的輸出電容轉(zhuǎn)移能量時(shí)，把次級(jí)輸出電壓按照初次級(jí)繞組的匝數(shù)比關(guān)系反射到初級(jí)側(cè)繞組的電壓，數(shù)值為:Vf=(Vout+Vd)/(NS/NP)，式中，Vd是二極管的正向?qū)▔航?。在本例中，Vout約為20V，Vd約為1V，NP/NS=2，那么反射電壓約為42V。從波形圖上可以證實(shí)這一點(diǎn)。那么我們從原理圖上可以知道，此時(shí)MOS的承受的電壓為Vin+Vf。

　　也有朋友注意到了，在MOS關(guān)斷的時(shí)候，Vds的波形顯示，MOS上的電壓遠(yuǎn)超過Vin+Vf!這是怎么回事呢?這是因?yàn)?，我們的這個(gè)例子中，變壓器的初級(jí)有漏感。漏感的能量是不會(huì)通過磁芯耦合到次級(jí)的。那么MOS關(guān)斷過程中，漏感電流也是不能突變的。漏感的電流變化也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因?yàn)闊o法被次級(jí)耦合而箝位，電壓會(huì)沖的很高。那么為了避免MOS被電壓擊穿而損壞，所以我們?cè)诔跫?jí)側(cè)加了一個(gè)RCD吸收緩沖電路，把漏感能量先儲(chǔ)存在電容里，然后通過R消耗掉。當(dāng)然，這個(gè)R不僅消耗漏感能量。因?yàn)樵贛OS關(guān)斷時(shí)，所有繞組都共享磁芯中儲(chǔ)存的能量。其實(shí)，留意看看，初級(jí)配上RCD吸收電路，和次級(jí)整流濾波后帶一個(gè)電阻負(fù)載，電路結(jié)構(gòu)完全是相同的。故而初級(jí)側(cè)這時(shí)候也像一個(gè)輸出繞組似的，只不過輸出的電壓是Vf，那么Vf也會(huì)在RCD吸收回路的R上產(chǎn)生功率。因此，初級(jí)側(cè)的RCD吸收回路的R不要取值太小，以避免Vf在其上消耗過多的能量而降低效率。t3時(shí)刻，MOS再次開通，開始下一個(gè)周期。那么現(xiàn)在有一個(gè)問題。在一個(gè)工組周期中，我們看到，初級(jí)電感電流隨著MOS的關(guān)斷是被強(qiáng)制關(guān)斷的。在MOS關(guān)斷期間，初級(jí)電感電流為0，電流是不連續(xù)的。那么，是不是我們的這個(gè)電路是工作在DCM狀態(tài)的呢?