今天給大家分享的是：反激式轉(zhuǎn)換器，關(guān)于反激式轉(zhuǎn)換器工作原理、實(shí)際設(shè)計(jì)案例，反激式轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。

一、反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)組件

反激式轉(zhuǎn)換器的制作方法 ，下面為反激式轉(zhuǎn)換器常用的組件：

• 反激式變壓器

• 開(kāi)關(guān)

• 整流器

• 濾波器

• 驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)

• 控制裝置

反激式轉(zhuǎn)換器是一種組件相對(duì)較少的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，相對(duì)容易制造和設(shè)計(jì)。

反激式轉(zhuǎn)換器是一種隔離開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，可以是降壓或者升壓配置。大多數(shù)手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦都會(huì)用到反激式轉(zhuǎn)換器。

反激式轉(zhuǎn)換器原理圖

1、反激式變壓器

變壓器可以將能量從初級(jí)傳輸?shù)酱渭?jí)。另一方面，反激式變壓器會(huì)將能量?jī)?chǔ)存在初級(jí)磁場(chǎng)上，并在一定時(shí)間后將能量傳遞到次級(jí)磁場(chǎng)。

變壓器至少由2個(gè)電感組成，稱(chēng)為次級(jí)線圈和初級(jí)線圈，纏繞在線圈架中，中間有一個(gè)鐵芯。磁芯決定磁通密度，磁通密度是將電能從一個(gè)繞組傳輸?shù)搅硪粋€(gè)繞組的重要參數(shù)。壓器定相，初級(jí)和次級(jí)繞組中顯示的點(diǎn)。

2、開(kāi)關(guān)

開(kāi)關(guān)的作用是導(dǎo)通和關(guān)閉初級(jí)電路，使變壓器充磁和消磁。該開(kāi)關(guān)由來(lái)自所選控制器PMW信號(hào)控制。

3、整流器和濾波器

整流器將次級(jí)繞組上的電壓整流成脈動(dòng)直流電。整流器或者二極管的另一個(gè)作用是從次級(jí)繞組切斷和連接負(fù)載。整流后的電壓隨后被電容濾除以增加直流電平，并可供預(yù)期應(yīng)用使用。

在上面電路圖中沒(méi)有緩沖電路，但其實(shí)大部分時(shí)候，反激式轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)緩沖器來(lái)對(duì)抗開(kāi)關(guān)或二極管上的電壓尖峰。

二、反激式轉(zhuǎn)換器原理

1、開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)反激式轉(zhuǎn)換器的工作原理

1）反激式轉(zhuǎn)換器原理圖-開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)

當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，電流將從Uin流向初級(jí)地為初級(jí)繞組充電并且儲(chǔ)存能量。這個(gè)時(shí)候，二極管反向偏置，次級(jí)繞組沒(méi)有電流流動(dòng)。負(fù)載需求由輸出電容（Cout）提供。

反激式轉(zhuǎn)換原理圖（開(kāi)關(guān)導(dǎo)通）

2）反激式轉(zhuǎn)換器電流變化-開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)

反激式轉(zhuǎn)換器電流變化（開(kāi)關(guān)導(dǎo)通）

3）反激式轉(zhuǎn)換器工作原理-開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)

反激式轉(zhuǎn)換器原理圖（開(kāi)關(guān)導(dǎo)通）

當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，初級(jí)將充電并且有電流流動(dòng)。根據(jù)KVL，

Vin – VL – Vs = 0

假設(shè)理想狀態(tài)，開(kāi)關(guān)壓降（Us）為0，

Vin – VL = 0

VL=輸入電壓

VL = Lp di / dt

di = ( VL / Lp ) X dt

VL = Vin，所以

di = (Vin / Lp) X dt

對(duì)公式進(jìn)行運(yùn)算：

電流

儲(chǔ)存的能量：

儲(chǔ)存能量

2、開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)反激式轉(zhuǎn)換器的工作原理

1）反激式轉(zhuǎn)換器原理圖-開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)

當(dāng)初級(jí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，初級(jí)繞組將抵抗電流的突然變化然后反轉(zhuǎn)繞組的極性。就會(huì)導(dǎo)致輸出二極管的正向偏置。初級(jí)中存儲(chǔ)的能量將通過(guò)二極管傳輸?shù)酱渭?jí)和負(fù)載，這個(gè)時(shí)候，輸出電容會(huì)補(bǔ)充電荷。

反激式轉(zhuǎn)換器電路圖（開(kāi)關(guān)關(guān)閉）

2）反激式轉(zhuǎn)換器電流變化-開(kāi)關(guān)關(guān)閉

反激式轉(zhuǎn)換器電流變（開(kāi)關(guān)關(guān)閉）

3）反激式轉(zhuǎn)換器工作原理

反激式轉(zhuǎn)換器電路圖（開(kāi)關(guān)關(guān)閉）

如果開(kāi)關(guān)關(guān)閉，反激式轉(zhuǎn)換器的允許將集中在次級(jí)，當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，次級(jí)電流流動(dòng)。

根據(jù)KVL，

VL_次級(jí) – VD – Vout = 0

理想情況下，次級(jí)二極管的壓降為零：

VL_次級(jí) – Vout = 0

VL_次級(jí) = Vout

VL = Ls di / dt

di = ( VL_次級(jí) / Ls ) X dt

VL_次級(jí)= Vout，所以

di = ( Vout / Ls ) X dt 通過(guò)積分，

電流

電流

轉(zhuǎn)移的能量：

轉(zhuǎn)移的能量

• Vsec：次級(jí)繞組上的電壓,恰好等于輸出電壓

• Ls：變壓器次級(jí)電感

• T：PWM 信號(hào)的周期 (1/Fsw)

• Ton：開(kāi)關(guān)打開(kāi)的時(shí)間

三、反激式轉(zhuǎn)換拓?fù)?/span>

反激式轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：易于應(yīng)用，靈活，可以用于SMPS（開(kāi)關(guān)模式電源）設(shè)計(jì)。

反激式轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的波形，電流特征如下所示。

反激式轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的波形，電流特征

四、反激式拓?fù)銼MPS

反激式SMPS的拓?fù)湫枰慕M件比較少，可用于交流或者直流電源，在電路中會(huì)使用MOS管。反激式SMPS結(jié)構(gòu)的運(yùn)行取決于MOS管。反激式SMPS拓?fù)湟赃B續(xù)或者斷續(xù)模式運(yùn)行。

反激式拓?fù)銼MPS

五、SMPS 反激式變壓器設(shè)計(jì)

下面為簡(jiǎn)單的SMPS反激式變壓器電路圖。SMPS 反激式變壓器的優(yōu)勢(shì)在于電流不會(huì)同時(shí)流過(guò)初級(jí)和次級(jí)繞組。

MPS 反激式變壓器設(shè)計(jì)

六、反激式轉(zhuǎn)換器使用技巧

反激式轉(zhuǎn)換器電路的應(yīng)用十分廣泛：

• 直流-直流電源

• 電信

• LED照明

• 以太網(wǎng)供電 (PoE)

• 電容充電

• 電池充電

• 太陽(yáng)能微型逆變器

• 交直流電源

七、使用LM5160 反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)示例

1、LM5160 電氣特性

• 4.5V 至 65V 寬輸入電壓范圍

• 集成高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)

• 無(wú)需外部肖特基二極管

• 2A 最大負(fù)載電流

• 自適應(yīng)恒定導(dǎo)通時(shí)間控制

• 無(wú)外部環(huán)路補(bǔ)償

• 快速瞬態(tài)響應(yīng)

• 可選的強(qiáng)制 PWM 或 DCM 操作

• FPWM 支持多輸出 Fly-Buck

• 幾乎恒定的開(kāi)關(guān)頻率

• 電阻可調(diào)至 1 MHz

• 程序軟啟動(dòng)時(shí)間

• 預(yù)偏置啟動(dòng)

• ±1% 反饋參考電壓

• LM5160A 允許外部 VCC 偏置

• 穩(wěn)健設(shè)計(jì)的固有保護(hù)功能

• 峰值電流限制保護(hù)

• 可調(diào)輸入 UVLO 和遲滯

• VCC 和柵極驅(qū)動(dòng) UVLO 保護(hù)

• 帶滯后的熱關(guān)斷保護(hù)

這里只是給一個(gè)參考，更具體的請(qǐng)查看LM5160的Datasheet：【LM5160 PDF數(shù)據(jù)手冊(cè)】_中文資料_(德州儀器 TI)-采芯網(wǎng)

2、LM5160 引腳圖

LM5160 引腳圖

3、絕對(duì)最大額定值

絕對(duì)最大額定值

4、反激式轉(zhuǎn)換器電路圖

反激式轉(zhuǎn)換器電路圖

5、反激式轉(zhuǎn)換器工作原理

上面的原理圖應(yīng)用了大量的元器件，但實(shí)際并沒(méi)有那么復(fù)雜。輸入端的 C6、C7 和 C8 用于過(guò)濾輸入電源，R6 和 R10 用于欠壓鎖定相關(guān)，R7 電阻用于與時(shí)間相關(guān)，該引腳可使用一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻器進(jìn)行編程。

連接在 SS 引腳上的 C13 電容是一個(gè)軟啟動(dòng)電容。AGND（模擬地）和 PGND（電源地）以及 PAD 與電源 GND 相連。

在右側(cè) C5（0.01 uF ）電容是一個(gè)自舉電容，用于柵極驅(qū)動(dòng)器的偏置。R4、C4 和 C9 是紋波濾波器，其中 R8 和 R9 為 LM5160 的反饋引腳提供反饋電壓，這兩個(gè)電阻的比值決定了輸出電壓。C10 和 C11 用于初級(jí)非隔離輸出濾波。一個(gè)主要組件是 T1，耦合電感，初級(jí)和次級(jí)兩側(cè)各有一個(gè) 60uH 的電感。

可以選擇下面的規(guī)格或者其他規(guī)格的電感：

• 匝數(shù)比 SEC:PRI = 1.5 : 1

• 電感 = 60uH

• 飽和電流 = 840mA

• 初級(jí)直流電阻 = 0.071 Ω

• 次級(jí)直流電阻 = 0.211 Ω

• 頻率 = 150 kHz

C3 用于 EMI 穩(wěn)定性。D1是轉(zhuǎn)換輸出的正向二極管，C1、C2是濾波電容，R2 是啟動(dòng)所需的最小負(fù)載。

6、反激式轉(zhuǎn)換器原理圖+仿真圖

反激式轉(zhuǎn)換器原理圖

下面為反激式轉(zhuǎn)換器仿真圖，可以看到負(fù)載電流和電壓：

反激式轉(zhuǎn)換器仿真圖