反激隔离式变压器开关电源原理说明

反激隔离式变压器开关电源，首先其是反激式，符合“反激”的定义，即：反激是开关管截止时，传输能量；其次，其有一个隔离式变压器，这个变压器起到隔离作用，同时会有一个匝数比，匝数比与开关管的PWM的占空比共同影响输出电压。不管是AC/DC还是DC/DC，到达变压器的电压其实是一个稳定的直流电压。我们知道只有类似于交流的变化的电压，才会通过变压器进行传递能量。我们就会利用一个开关管来不停的开关，来实现一个变化的电压在变压器的初级两端。

1、变压器是如何工作的

变压器的构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈（或者多个）组成，如图9.4所示。

图 9.3 变压器构造示意图

闭合铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，线圈由绝缘导线绕制而成。

原线圈（初级线圈）：与输入电源连接的线圈，其匝数用n₁表示；

副线圈（次级线圈）：与负载连接的线圈，其匝数用n₂表示。

变压器的工作原理

（1）互感现象是变压器工作的基础.原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。

（2）原、副线圈的作用

原线圈在其所处回路中充当负载，副线圈在其所处回路中充当电源。

（3）能量转化过程：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能（U₁、I₁）到磁场能（变化的磁场）再到电能（U₂、1₂）的转化。

2、开关管开关的工作过程

第一个状态，当 PWM 信号处于高电平时，Q 导通，如图所示，因为输入电压通过开关管把加在高频变压器初级绕组上，所以初级侧有电流PI 流过，又因为变压器次级侧同名端电压极性为负，故整流二极管 VD 截止，同时能量无法传输到次级绕组， 只能存储在初级绕组中,由输出电容向负载放电。

图 9.3反激开关电源开关导通的状态图

第二个状态，当 PWM 信号处于低电平时，Q 截止，如图所示，没有电流流过初级侧， 次级侧将产生电流 Is 。依据电磁感应原理，此时在高频变压器初级侧绕组上会产生感应电压，使次级绕组产生极性为上正下负的电压 Us，因此整流二极管 VD 导通， 然后经过 VD 和 C 整流滤波后向输出端输出能量。通过调节开关管开通/关闭时间， 即可维持输出电压恒定。

图 9.4反激开关电源开关截止的状态图

反激式变换器具有以下主要特点：

（1）高频变压器两侧绕组极性互为异名端，初级绕组的同名端连接输入电源 的正端，而其异名连端接功率开关管的驱动端。

（2）高频变压器既能起储能作用，又能起传输能量的作用。

（3）只要高频变压器的匝数比满足要求，输出电压均可高于或低于输入电压

（4）反激变换器设计灵活多变，通过添加变压器次级绕组的输出个数，就可 以构成多端输出。

（5）一般情况下，反激变换器中不需要，也不可以在输出滤波电容和整流二极管之间串接低频率的电感。相比于正激变换器少一个电感元器件。

（6）可在连续模式或非连续模式下工作。

反激变压器每路输出与初级侧相互隔离。反激式变换器普遍用于小功率开关电源场合。 Buck与 Boost 变换器不使用变压器，是非隔离式的变换器，而且不能够实现多 端输出，因此两者均不考虑。正激变换器使用变压器且是隔离的，但正激变压器无 法达到储存能量的要求，同时正激变换器普遍应用于要求对输出功率大的开关电源 中，并且对 MOS 管的要求也更严格。反激式变换器因包括高频变压器，输出与输入可以相互隔离，还有通过可以增加输出绕组数，到达多端输出的要求，多用于输出功率小的开关电路中。