反激电源以及变压器设计解析
下面先让我们仿真一下反激flyback电路的工作过程。在使用耦合电感仿真的时候,我们需要知道saber中,耦合电感怎么用。简单的办法,就是选择一个理想的线性变压器,然后设置其电感量来仿真。还有一个办法,就是利用耦合电感K这个模型来仿真。下图是我们用来仿真的电路图,为了让大家能看到元件参数的设置,我把所有元件的关键参数都显示出来了。还有,因为仿真的需要,我把输入和输出共地,实际电路当然是隔离的。本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/176777.htm
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20131009/176777_3_0.jpg)
细心的朋友可能会注意到,变压器的初级电感量是202uH,参与耦合的却只有200uH,那么有2uH是漏感。次级是50uH,没有漏感。变压器的电感比是200:50,那么意味着变压器的匝比NP/NS=2:1设定瞬态扫描,时间10ms,步长10ns,看看稳态时的波形吧:
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20131009/176777_3_1.jpg)
下面先简单叙述其工作原理:
t0时刻,MOS开通。变压器初级电流在输入电压的作用下,线性上升,上升速率为Vin/l1。变压器初级电压感应到次级,整流二极管反向截止。二极管承受反压为Vin/(NP/NS)+Vout。
t1时刻,MOS关断。 变压器初级电流被强制关断。我们知道电感电流是不能突变的,而现在MOS要强制关断初级电流,那么初级电感就会在MOS关断过程中,在初级侧产生一个感应电动势。根据电磁感应定律,我们知道,这个感应电动势在原理图中是下正上负的。这个感应电动势通过变压器的绕组耦合到次级,由于次级的同名端和初级是反的。所以次级的感应电动势是上正下负。当次级的感应电动势达到输出电压时,次级整流二极管导通。初级电感在MOS开通时储存的能量,通过磁芯耦合到次级电感,然后通过次级线圈释放到次级输出电容中。在向输出电容中转移能量的过程中,由于次级输出电容容量很大,电压基本不变,所以次级电压被箝位在输出电压Vout,那么因为磁芯绕组电压是按匝数的比例关系,所以此时初级侧的电压也被箝位在Vout/(NS/NP),这里为了简化分析,我们忽略了二极管的正向导通压降。
现在我们引入一个非常重要的概念,反射电压Vf。反射电压Vf就是次级绕组在向次级整流后的输出电容转移能量时,把次级输出电压按照初次级绕组的匝数比关系反射到初级侧绕组的电压,数值为:Vf=(Vout+Vd)/(NS/NP),式中,Vd是二极管的正向导通压降。在本例中,Vout约为20V,Vd约为1V,NP/NS=2,那么反射电压约为42V。从波形图上可以证实这一点。那么我们从原理图上可以知道,此时MOS的承受的电压为Vin+Vf。
也有朋友注意到了,在MOS关断的时候,Vds的波形显示,MOS上的电压远超过Vin+Vf!这是怎么回事呢?这是因为,我们的这个例子中,变压器的初级有漏感。漏感的能量是不会通过磁芯耦合到次级的。那么MOS关断过程中,漏感电流也是不能突变的。漏感的电流变化也会产生感应电动势,这个感应电动势因为无法被次级耦合而箝位,电压会冲的很高。那么为了避免MOS被电压击穿而损坏,所以我们在初级侧加了一个RCD吸收缓冲电路,把漏感能量先储存在电容里,然后通过R消耗掉。当然,这个R不仅消耗漏感能量。因为在MOS关断时,所有绕组都共享磁芯中储存的能量。其实,留意看看,初级配上RCD吸收电路,和次级整流滤波后带一个电阻负载,电路结构完全是相同的。故而初级侧这时候也像一个输出绕组似的,只不过输出的电压是Vf,那么Vf也会在RCD吸收回路的R上产生功率。因此,初级侧的RCD吸收回路的R不要取值太小,以避免Vf在其上消耗过多的能量而降低效率。t3时刻,MOS再次开通,开始下一个周期。那么现在有一个问题。在一个工组周期中,我们看到,初级电感电流随着MOS的关断是被强制关断的。在MOS关断期间,初级电感电流为0,电流是不连续的。那么,是不是我们的这个电路是工作在DCM状态的呢?
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