一步步优化反激式设计
反激是最知名的隔离式电源拓扑结构，因为它可以用一个低边开关晶体管和有限的外部元件数提供多个隔离输出。不过，反激式电源也存在一些特殊性，如果设计人员没有充分理解并对其进行分析，就可能限制它的整体表现。
针对这种拓扑结构的系列文章将以非常简单的数学方法揭去所有反激式电源设计的神秘面纱，指导设计人员完成一个良好优化的设计。
反激式转换器
根据应用的不同，直流-直流应用(DC/DC应用)可能需要多个输出，而且需要输出隔离。此外，输入与输出的隔离可能需要符合安全标准或提供阻抗匹配。
隔离式电源不仅可以防止用户接触到潜在的致命电压和电流，而且具有性能优势。利用中断接地回路，隔离式电源可以保持仪器精度，并可以在不牺牲总线益处的条件下很容易通过负电源总线提供正稳压电压。
对设计人员来说，反激式拓扑结构历来是输出功率100W以下的电源隔离式转换器的首选。这种拓扑结构只需要一个磁性元件和一个输出整流管，因而具有简单和低成本的优势，同时它也可以轻松实现多路输出。
而反激式拓扑结构的缺点是：它需要一个高容值的输出电容，功率开关管和输出二极管的电流应力较高，气隙区涡流损耗较高，变压器铁芯较大以及可能存在的EMI问题。
反激式转换器源于降压-升压拓扑结构，其主要缺点是：只有在开关MOSFET导通时间内，该转换器才从源极收集能量。在后来的关断期间，来自一次侧绕组的这种能量从电感传递到输出端。这是反激式和降压-升压拓扑结构的独特特点。（图1）
一次侧电流和二次侧电流同时流过时，反激式变压器并不像传统变压器那样正常工作，实际上只有一小部分能量（磁化能量）被存储在变压器中。
反激式变压器更像是同一铁芯上的多个电感器，而非一个典型的变压器。理想的情况是，变压器并不存储能量，所有的能量都在瞬间从一次侧转移到二次侧。
（图1：运行在连续传导模式下的典型反激式电源）
反激式变压器可用作储能装置，能量存储在铁芯的气隙或坡莫合金粉芯的分布式气隙当中。
电感变压器的设计应尽量减少漏感、交流绕组损耗和磁芯损耗。
漏感是一次侧电感的一部分，未与二次侧电感相互耦合。保持尽可能低的漏感十分重要，因为它会降低变压器的效率，还会导致开关器件的漏极出现尖峰。漏感可被看作为存储在变压器中的部分能量，它不会转移到二次侧和负载。这种能量需要通过一个外部缓冲器在一次侧耗散掉。
缓冲器的配置将在后面予以讨论。
当MOSFET开启且电压施加在一次侧绕组时，一次侧电流线性上升。输入电流的变化是由输入电压、变压器一次侧电感和导通时间决定的。在这段时间内，能量被存储在变压器铁芯中，输出二极管D1被反向偏置，能量不会转移到输出负载。
当MOSFET关闭时，磁场开始下降，颠倒了一次侧和二次侧绕组之间的极性。D1被正向偏置，能量转移到负载。
断续传导模式与连续传导模式：
反激式转换器像任何其他的拓扑结构一样有两种不同的工作模式——断续模式和连续模式。
当输出电流的增加超过一定值时，，断续模式设计的电路将转为连续模式。
在断续模式下，导通时间内存储在一次侧的所有能量都会于下一周期开始之前完全转移到二次侧和负载；而且，在二次电流达到零值和下一个周期开始间的瞬间还会有死区时间。
在连续模式下，当下一个周期开始时，仍会有一些能量留在二次侧。
反激式转换器可以在两种模式下运行，但它具有不同的特征。
断续模式一方面具有较高的峰值电流，因此在关断时有较高的输出电压尖峰。另一方面，它具有更快的负载瞬态响应，一次侧电感较低，因此变压器尺寸可以较小。二极管的反向恢复时间并不重要，因为在反向电压施加之前正向电流为零。在断续模式下，晶体管的开启随零集电极电流出现，降低了传导EMI的噪声。
连续模式具有较低的峰值电流，并因此降低了输出电压尖峰。不幸的是，由于它的右半平面（RHP）零点迫使转换器的总带宽降低，所以其控制回路比较复杂。
由于连续传导模式对大多数应用而言是更加的选择，因此以上仅对该模式进行了更多的细节分析。
确定反激式变压器：绕组匝数比及其电感
设计人员不得不处理的第一个难题就是确定反激式变压器。通常他们可以从反激式电源变压器标准目录中进行选择，而无需更昂贵的定制变压器。许多供应商都可以针对不同应用和功率大小提供完整系列的变压器，但重要的是要了解如何选择最合适的变压器。
除了二次侧绕组的功率大小和匝数，变压器还可根据一次侧/二次侧绕组匝数比，以及一次侧或二次侧电感来分类。
如果忽略开关MOSFET和输出整流二极管两端压降的影响，在稳态运行条件下，导通时间（ ）的伏*秒应该等于关断期间（ ）伏*秒：（1）
式中：
? 是输入电压
? 是输出电压
? 是反激式变压器的一次侧匝数/二次侧匝数匝比
那么，最大占空比的数匝比和最小输入输出电压之间的直接关系是：（2）
其中D为占空比： /开关周期。
在许多情况下，选定的最大占空比为50％，但是在宽输入电压范围的应用中，重要的是要了解如何优化以下关系：最大占空比、变压器匝比、峰值电流和额定电压。
反激式拓扑结构的主要优点之一是可以在占空比大于50％的条件下工作。最大占空比的增加降低了变压器一次侧的峰值电流，从而达到一次侧铜变压器更高利用系数的效果，并降低输入源的纹波。同时，最大占空比的增加可增加主开关MOSFET漏源极之间的最大应力电压，并增加二次侧的峰值电流。
在开始转换器设计之前，重要的是要了解最大占空比、变压器一次侧/二次侧匝数比（Np/Ns）、一次侧MOSFET的最大电压应力、一次侧和二次侧最大电流之间的关系。
公式（2）给出了输出电压Vo和输入电压Vi（因为其简单性没有考虑Q1和二次侧整流管Q2两端的压降）之间的主要关系。为了确保在整个输入电压范围Vo的稳压，最大占空比 可以任意选定一个1的理论值。
然后可以计算Np/Ns：(3)
- “优化”使模拟IC达到极限性能(01-23)
- 高频电源模块缓冲电路优化探讨(10-07)
- 采用CPLD/FPGA的VHDL语言电路优化原理设计(03-18)
- Maxim太阳能电池优化器大幅提升太阳能板功率30%(08-08)
- 用高压I2C电流和电压监视器进行测量(05-23)
- 基于EDA的交通信号灯电路的设计与仿真(10-16)
- 濡ゅ倹岣挎鍥╀焊閸曨垼鏆ョ€规悶鍎抽埢鑲╂暜閸繂鎮嬮柟瀛樺姇閻撹法鎷嬮鐔告畬缂佸顑呴〃婊呮啑閿燂拷
闁稿繈鍔嶉弻鐔告媴瀹ュ拋鍔呭☉鏃傚Т閻ㄧ姵锛愰幋婊呯懇濞戞挻姘ㄩ悡锛勬嫚閸☆厾绀夐柟缁樺姇瀹曞矂鎯嶉弬鍨岛鐎规悶鍎扮紞鏃堟嚄閽樺顫旈柨娑樿嫰婵亪骞冮妸銉﹀渐闂侇偆鍠愰崹姘舵⒐婢舵瓕绀嬪ù鍏坚缚椤懘鎯冮崟顐ゆ濡増鍨垫导鎰矙鐎ｎ亞鐟�...
- 濞戞搩鍘炬鍥╀焊閸曨垼鏆ョ€规悶鍎抽埢鑲╂暜閸繂鎮嬮柟瀛樺姇閻撹法鎷嬮鐔告畬缂佸顑呴〃婊呮啑閿燂拷
缂侇噣绠栭埀顒婃嫹30濠㈣埖宀稿Λ顒備焊閸曨垼鏆ラ柛鈺冾攰椤斿嫮鎷犻崜褉鏌ら柨娑樺缁楁挾鈧鍩栧璺ㄦ嫚閹惧懐绀夐柛鏂烘櫅椤掔喖宕ㄥΟ鐑樺渐闂侇偆鍠曢幓顏堝礆妫颁胶顏卞☉鎿冧簻閹酣寮介悡搴ｆ濡増鍨垫导鎰矙鐎ｎ亞鐟庨柣銊ュ椤╋箑效閿燂拷...
- Agilent ADS 闁轰焦鐟ラ鐔煎春绾拋鍞查悹鍥у⒔閳诲吋绺藉Δ鍕垫
濞戞挻鎸搁宥夊箳閸綆鍤﹂柨娑樿嫰閸欏繘妫冮姀锝庡敼閻熸瑯鏋僁S闁告艾瀚～鎺楀礉閻旇鍘撮柛婊冭嫰娴兼劗绮欑€ｎ亞瀹夐柣銏╃厜缁遍亶宕濋埡鍌氫憾闁烩偓鍔嶅〒鍫曟儗椤撶姵鐣遍柡鍐ㄧ埣濡法鈧冻缂氱槐鐧咲S...
- HFSS閻庢冻缂氱弧鍕春绾拋鍞查悹鍥у⒔閳诲吋绺藉Δ鍕垫
閻犙冨缁讳焦绋夐幘鎰佸晙闁瑰搫鐗愰鎶芥晬鐏炶棄寮块梻鍫涘灱椤斿骞掗崷娆禨S闁汇劌瀚慨娑㈡嚄閽樺瀚查幖瀛樻⒒閺併倝鏁嶇仦钘夌盎闁告柡鏅滈崑宥夊礂閵娾晜妗ㄧ紒顖濆吹缁椽宕烽弶娆惧妳濞戞梻濮电敮澶愬箵椤″锭SS...
- CST鐎甸偊鍠楃亸婵嗩啅閵夈倗绋婇悗骞垮€曢悡璺ㄦ媼椤撶喐娈岀紒瀣儏椤ㄦ粎鎲楅敓锟�
闁哄瀛╁Σ鎴澝虹€ｂ晛鐦滈悹浣筋嚋缁辨繈宕楅妸鈺傛〃閻犱礁寮跺绶維T闁告艾瀚伴妴宥夊礉閻旇鍘撮柛婊冭嫰娴兼劗绮欑€ｎ亞瀹夐柣銏╃厜缁辨繈宕濋埡鍌氫憾闊浂鍋婇埀顒傚枙閸ゆ粎鈧冻闄勭敮澶愬箵椤″T閻犱焦宕橀鍛婃償閺冨倹鏆�...
- 閻忓繐瀚伴。鍫曞春閾忚鏀ㄩ柛鈺冾攰椤斿嫮鎷犻崜褉鏌�
濞戞挸娲ｇ粭鈧Δ鍌浬戦妶濂哥嵁閸愬弶鍕鹃悹褍鍤栫槐婵囨交濞嗗海鏄傞悹鍥у⒔閳诲吋绋夋潪鎵☉闁革负鍔岄惃鐘筹紣閹寸偛螚闁哄牜鍨堕。顐﹀春閻旀灚浜ｉ悘鐐存礃鐎氱敻鎳樺鍓х闁瑰灚鎸风粭鍛村锤濮橆剛鏉介柣銊ュ缁楁挻绋夊顒傚敤缁绢厸鍋�...
- 鐎甸偊鍠楃亸婵堜焊閸曨垼鏆ユ繛鏉戭儔閸ｆ椽骞欏鍕▕闁糕晝顢婇鍕嫚閸撗€鏌ら柛姘墦濞夛拷
閻犳劦鍘洪幏閬嶅触閸儲鑲犻柡鍥ㄦ綑閻ゅ嫰骞嗛悪鍛缂傚啯鍨甸崹搴ㄥΥ娓氣偓椤ｅ墎鎷崣妯哄磿闁靛棔鑳堕妵姘枖閵忕姵鐝ら柕鍡曟娣囧﹪宕ｉ柨瀣埍闁挎稑鏈崹婊呮啺娴ｅ湱澹夐柡宥夘棑缁ㄥ潡鏌呴敓锟�...
