反激电源适配器

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反激电源适配器

在设计反激式电源适配器时，我发现有很多工程师和学生，存在很大的困难。实际上这种拓扑非常实用，而且设计也并不难。
问题并不在于电源适配器设计本身的难处，或是学生的能力，而是与传统设计的教学方式有关。
从反激变压器设计的第一步开始，就定下了错误的思维定势，设计者常常把“反激变压器”当成真正的变压器来设计，这正是问题所在。
对于变压，我们已经非常熟悉，它是一种非常简单的设备——初级绕组上施加一定的电压，次级绕组上就可以得到相应的电压。电压比率与匝比相同，与输出（负载）电流无关。换句话讲，变压器保证初次级电压的转换比率（初级绕组为1V／匝，从而使次级绕组电压也为IV／匝。如果需要得到10V电压，用10匝次级绕组即可实现，原理非常简单。）但是，需要注意变压器的一个很重要的特性，初级与次级同时导通。即电流从初级绕组的正极性流进，则同时从次级绕组的正极性流出。
反激电源适配器的基本电路图如图所示。

值得注意的是，在开关管Q1导通期间，电流流进变压器T1的初级绕组，而此时次级二极管不导通故次级无电流流过。当开关管Q1关断时，初级电流停止，所有绕组电压反向。这种反激电压使得输出二极管及次级绕组导通，并流过电流。所以“反激变压器”的初级与次级绕组在不同的时刻导通并流过电流，这种差异很明显地改变了“反激变压器”的工作原理。
让我们分析“反激笔记本电脑充电器”工作模式。当开关管Q1导通时，只有初级绕组导通（其他绕组因未导通，可暂不考虑其对初级电压的影响），此时，开关管可认为只是给电感储存能量。当开关管Q1关断时，只有次级绕组导通，分析时可暂不考虑初级绕组对次级的影响（此时，次级可认为只是电感放电过程）。所以，“反激变压器”与真正变压器有什么样的不同，就显而易见了。所谓的“反激变压器”，从功能上考虑，实际上只是有着若干绕组的电感而已。
这种不止一个绕组的电感工作原理是，初级与次级的安匝比守恒（而不是像真正的变压器一样，电压比守恒）。例如，初级绕组100匝，开关管Q1关断时的峰值电流为1A，存储在初级的安匝数为100安匝。这个数值必须等于次级的安匝数，若次级绕组为10匝，则电流应为10A（10T×10A=100安匝）。同样，1匝次级绕组将会有100A的峰值电流，1000匝次级绕组对应于0.1A的峰值电流。
这种情况下，电压方面的关系又如何呢？首先需要说明的是，初次级绕组电压并不相关次级绕组电压只与负载有关。假设次级绕组安匝数为100，匝数为10，则峰值电流为10A，如上节例子所述。如果将次级绕组与19负载相连则可得到10V的次级电压。如果将这样的次级绕组与1009的负载相连，则可以在次级得到不可思议的1000电压，这就是之所以反激拓扑在高压应用场所得到普遍应用的原因（不得将次级开路，会导致半导体元件损坏）。当次级有几个绕组同时导通时，则所有次级绕组的安重数之和与初级安匝数守恒。

根据以上所述可知，“反激变压器”实际上是以电感的特性工作，所以就需要采用电感的设计原理进行设计（因为磁心同时需要承载电流的直流和交流成分，故第7章中名词采用扼流圈代替电感）。所以说，假若最初“反激变压器”可以根据其功能正确命名为“反激扼流圈”，那现在就不会有那么多的疑惑了。
但是我们都知道，初级与次级绕组就算是不同时导通，它们之间也会存在电压转换关系。还是采用上面的实例，10匝的次级绕组加在100负载之上，次级绕组上电压为1000V。这1000V电压将会折射到初级绕组，其折射电压值为1000，加上输入电压100V，开关管在关断期间将会承受10100V的电压（耐压11000V的开关管，超过现有的工艺水平）。所以在现实中很难实现，但是理论上可行。
所以，当我们在设计“反激变压器”时，需要注意以下几点。
①记住你不是在设计一个变压器，而是有着多绕组的扼流圈。
②初级绕组匝数需要满足AC电压应力（伏秒数）和磁心饱和特性

其中，N，是最小的初级匝数，V是最大的初级直流电压（V），7是开关管Q1的最大导通时间（μs），B是AC磁通密度变化的峰一峰值（特斯拉），铁氧体典型值为200mT，A为磁心中心柱的有效面积（mm2）。
③次级绕组可灵活选择。如果次级绕组每匝电压值与初级相同，则开关管Q上的反激电压为输入电压的两倍。
④当使用带有磁隙的铁氧体磁心时，最小的磁隙长度必须保证在流过交流和直流励磁电流和时，磁心不能饱和。而在更多的情况下，磁隙长度的选择是为了满足能量转换的要求，这样经常会导致磁隙长度超过了其需求的最小长度。初级绕组储存的能量为
E（焦耳）=1／2LI²
这是摄像机电源适配器初级能够传送到次级的最大能量，而且只是在断续（完全能量传递）的工作模式。在连续的工作模式，只有部分能量被传送。
注意：减小电感值L，看上去可以减少初级储在的能量，但是在电感减小的同时，电流／会以相同的比例增太。又因为能量与电流／的平方值成正比，所以减小电感值，其实初级储存的能量实际上是增加的。
⑤不推荐一味地设计出某一固定的电感值，而最好是电感值能够在磁隙长度或是磁心材料（磁导率）改变时可以有相应的变化裕量。

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| 发布时间：2019.01.14 来源：电源适配器厂家

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