一文秒懂反激开关电源的原理

       以后会不断分享实战经验。包括:开关电源、整流器、逆变器、单片机、晶体管、PWM电路、反馈电路、变压器设计、储能、BMS原理、传感器、电路原理图设计、PCB电路板的设计等,360°无死角、全方位为大家剖析:BUCK(降压)、BOOST(升压)、Flyback(反激)、QR-Flyback(准谐振)、APFC(有源功率因数校正)、LLC(谐振半桥)、PSFB(移相全桥)、BMS(电池管理系统)、单片机(包括C51、STM32系列)都是已经大批量生产的资料、而且现在正热卖的产品原理图、PCB等,帮助广大电子爱好者实现高薪就业。

一.我们先来认识一下反激变换器

1.反激基本电路:

一文秒懂反激开关电源的原理_第1张图片

 2.工作原理:

变压器的一次和二次绕组的极性相反,这大概也是Flyback名字的由来:a.当开关管导通时,变压器原边电感电流开始上升,此时由于次级同名端的关系,输出二极管截止,变压器储存能量,负载由输出电容提供能量。b.当开关管截止时,变压器原边电感感应电压反向,此时输出二极管导通,变压器中的能量经由输出二极管向负载供电,同时对电容充电,补充刚刚损失的能量。

3.反激电路的演变:

可以看作是隔离的Buck/Boost电路:

一文秒懂反激开关电源的原理_第2张图片

4.在反激电路中,输出变压器T除了实现电隔离和电压匹配之外,还有储存能量的作用,前者是变压器的属性,后者是电感的属性,因此有人称其为电感变压器,有时我也叫他异步电感。二.Flyback的工作模式:1.DCM(discontinuous current mode)&CCM(continuous current mode)根据次级电流是否有降到零,反激可以分为DCM和CCM两种工作模式。两种模式有其各自的特点。下面两种工作模式时的波形(理想波形)。

一文秒懂反激开关电源的原理_第3张图片

 反激变换器工作在CCM下的各个波形

一文秒懂反激开关电源的原理_第4张图片

反激变换器工作在DCM下的各个波形

3.工作模式:

1)电压电流波形2)用电感变压器模型来标示工作工作过程;也可以原副边分开讨论,用电压源来代替中间的转换。

一文秒懂反激开关电源的原理_第5张图片

一文秒懂反激开关电源的原理_第6张图片

一文秒懂反激开关电源的原理_第7张图片

一文秒懂反激开关电源的原理_第8张图片

一文秒懂反激开关电源的原理_第9张图片

4.波形震荡的来源:

1)开关管关断时的震荡来源于漏感;

2)断续时的震荡,主要原边电感了,因没有了反射电压嵌位。我们可以把反射电压当作一个电压源.

一文秒懂反激开关电源的原理_第10张图片

5.实际不理想时开关管所承受的电压是什么样的那?

a.(1)开关管电压分为几部分:

Vds=VDC+VRo(N*Vo)+Vlk

b.(2)VDC没有什么好解释的;VRo是因原边开关管关断副边二极管导通,输出电压通过变压器反映到原边的电压(N*Vo);除了变压器制约住的电压还有制约不住的漏感电压Vlk,既然是漏感电压,当然和变压器的漏感有关系了。这个电压是我们讨厌的!

c.(3)如果来限制漏感电压那?RCD吸收钳位电路,利用电容吸收,靠二极管钳位,通过电阻把漏感能量消耗掉。设计的原则是让RCD能够消耗掉漏感能量,发挥该有的作用,但又不能过猛成为原边一个吃激磁电感能量负载。

6. 变压器 ,电压电流波形,二极管反向恢复:

1)反激的变压器与其说是变压器莫如说是电感,但我们又不能否认它是变压器;

2)变压器都会存在或多或少的漏感,相对于原边变存在,相对于复边亦存在;

3)电压波形的两处震荡:

a.CCM模式时,只有开关管关断时,由于漏感引起的震荡(Lk和C);b.DCM模式时,还有副边电流为零,原边电感失去NVo嵌位,引起震荡(Lm和C);

c.所有的震荡,甚至包含功率转换的基本开关,都是EMI的来源;

5)同时,我们知道二极管存在反向恢复问题:

a.CCM模式,会有该问题;

b.DCM模式,因电流已将到零了,所以基本不存在这个问题;

一文秒懂反激开关电源的原理_第11张图片

三.再谈Vds:

Vds=VDC+VRo(n*Vo)+Vlk;

这个公式我再谈两点:

a.如果还考虑到副边整流管的压降,应该是n*(Vo+VDsec);因VDsoec很小,忽略了,前提是n不大时。

b.在我们设计时,输入电压和输出电压是定下来,我们无能为力,但是匝比是我们自己设计的。有时候,我们为了迁就选择标准的管子,我们电压偏高时,就要来轻微的调整匝比来满足我们的设计。

四.再谈一下断续和连续的问题:1.原副边的制约关系:a.Uo=D/(1-D)Vin这是Flyback的电压制约公式,这里没有负载参数,说明理论上输出电压不受负载影响,这个最经常出现的公式只是在CCM下成立的奥。b.如果在DCM模式下,原边与副边靠的功率守恒来制约,这样输出电压的公式为:Vo=VinTon*Sqrt(R0/2TLp)输出电压与负载大小有关系,电压与负载成反比,因此原则上开环不能空载运行的哈,不要忘了呀。2.断续和连续的真实波形是怎样的那?其实反激真是很神奇的一个拓扑,简单而又十分高深;对于最基本的问题,我也是了解了其中的30%而已。小功率机种Flybck真是最佳选择,多小那?在LLC没有被人们掌握好之前,200W都有用的,现在75W以上的人们开始考虑用LLC了,效率却是做得更好。3.在开关管关断时有来源于漏感的震荡;在转入DCM时也有震荡,但这个震荡是主电感在震荡了。我有时根据这个震荡来判断你是DCM还是CCM,这是我自己所采用的方法。五.再谈Flyback的变压器1.在反激电路中,输出变压器T除了实现电隔离和电压匹配之外,还有储存能量的作用,前者是变压器的属性,后者是电感的属性,因此有人称其为电感变压器,有时我也叫他异步电感。2.Flyback电路没有输出滤波电感,或者更准确的说反激可以没有输出滤波电感,用蔡明的话来讲,这是为什么那?我得理解是因第一条,实际上在电流回路中已经有了电感了,所以可以不在有;3.Flyback的变压器要存储能量,这不是变压器的属性,这是电感的属性;变压器要存储能量,所以变压器一般要开气息;有的朋友可能对我前面的话不理解,存储能量和气息有什么关系那?是因一旦开了气息,能量主要保存在气息中。六.

一文秒懂反激开关电源的原理_第12张图片

一文秒懂反激开关电源的原理_第13张图片

一文秒懂反激开关电源的原理_第14张图片

编辑

一文秒懂反激开关电源的原理_第15张图片

 6.副边的电流大家自己推吧哈 ;九.开关频率fs:(1)开关频率fs=1/(ton+toff):ton=I_P*L/Vin;toff=I_P*L/(N*Vo);(2)更精细的计算应该加上VDS的上升和下降时间:t_Lleak=Cp*VDS/I_P;t_w=pi*sqrt(Cp*Lp);fs=1/(ton+toff+t_Lleak+t_w)十一.我们再谈谈Flyback变压器开气息的目的哈:先看图,我发现图是最直接的展现形式,不信,您看:

一文秒懂反激开关电源的原理_第16张图片

十二.关于电流我想再唠叨两句:给大家一个图形哈,图形最直观;大家对平均值,峰值,等一看图形就知道了:

一文秒懂反激开关电源的原理_第17张图片

电路的损耗和什么相关那?有效值;我解释一下,有效值的最基本概念(初中):定义:时变量的瞬时值在给定时间间隔内的均方根值;怎么算?:需要大学里学的积分了,把瞬时值表达出来,根据定义进行运算积分求得。简单吧,技术的本身应该是简单的;

电流热效应

有效值是根据电流热效应来规定的,让一个交流电流和一个直流电流分别通过阻值相同的电阻,如果在相同时间内产生的热量相等,那么就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。

 

看完资料请关注作者,以后会连续不断,推出更好的内容!谢谢!

你可能感兴趣的:(单片机,stm32,嵌入式硬件,硬件工程)