反激式开关电源电路设计详解

电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管 VT1 导通时，高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管 VD1 处于截止状态，在初级绕组中储存能量。

当开关管 VT1 截止时，变压器T初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及 VD1 整流和电容C滤波后向负载输出。

反激式电源" target="_blank">开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为 20 - 100 W，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。

反激式开关电源使用的开关管 VT1 承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在 20 - 200kHz 之间。

反击式开关电源的工作过程可以先简单的分为四步:

第1步 整流

当电源的输入端接收到交流的220伏市电后会通过整流桥。将交流220伏，整流为直流310伏。

第2步 逆变

开关电源中的核心器件是控制器，它控制功率开关管将310伏直流电，反复开关转换为高频交流电，其频率一般为几十k到上百k赫兹。高频交流电通过变压器后可以进行降压。 因为交流电的频率非常高，所以可以减小变压器的体积成本并提升转换效率，这也就是开关电源比传统的工频变压器的成本更低的原因。

第3步 二次整流

高频交流电通过变压器后，将幅值变低，需要再通过整流电路转化为直流电。转化后的直流电就是电源的直接输出。

第4步 反馈

反馈是反击式开关电源以及各种其他开关电源中最复杂和最有技术难度的地方，需要有经验的电源工程师反复调节才可以使电源的工作效率，响应速度等参数达到最优。反馈的作用就是当输出端的电压出现波动或受到一定干扰时，控制器可以及时的感知到，并作出适当的调节，目的是将输出电压，快速的稳定。理想的电源在面对扰动时应快速回到目标电压值，做到稳准快。

开关电源是涉及众多学科的一门应用领域，通过控制功率开关器件的开通与关闭调节脉宽调制占空比达到稳定输出的目的，能够实现AC/DC或者DC/DC转换。

反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源。“反激”指的是在开关管接通的情况下，当输入为高电平时输出线路中串联的电感为放电状态;相反，在开关管断开的情况下，当输入为高电平时输出线路中的串联的电感为充电状态。

反激

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。

演变：

可以看作是隔离的Buck/Boost电路:

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。

反激式变压器是反激开关电源的核心，它决定了反激变换器一系列的重要参数，如占空比D，最大峰值电流，设计反激式变压器，就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。这样可以让其的发热尽量小，对器件的磨损也尽量小。同样的芯片，同样的磁芯，若是变压器设计不合理，则整个开关电源的性能会有很大下降，如损耗会加大，最大输出功率也会有下降。

反激

优点和缺点：

01

反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。

反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出，仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出，但控制开关的占空比为0.5时，变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一，而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。

即电压脉动系数等于2，电流脉动系数等于4。反激式开关电源的电压脉动系数，和正激式开关电源的脉动系数基本相同，但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。由此可知，反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。

特别是，反激式开关电源使用的时候，为了防止电源开关管过压击，起占空比一般都小于0.5，此时，流过变压器次级线圈的电流会出现断续，电压和电流的脉动系数都会增加，其电压和电流的输出特性将会变得更差。

02

反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。

由于反激式开关电源仅在开关关断期间才向负载提供能量输出，当负载电流出现变化时，开关电源不能立即对输出电压或电流产生反应，而需要等到下一个周期事，通过输出电压取样和调宽控制电路的作用，开关电源才开始对已经过去了的事情进行反应，即改变占空比，因此，反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。

有时，当负载电流变化的频率和相位与取样、调宽控制电路输出的电压的延时特性在相位保持一致的时候，反激式开关电源输出电压可能会产生抖动，这种情况在电视机的开关电源中最容易出现。

03

反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，开关电源变压器的工作效率低。

反激式开关电源变压器的铁芯一般需要留一定的气隙，一方面是为了防止变压器的铁芯因流过变压器的初级线圈的电流过大，容易产生磁饱和。

另一方面是因为变压器的输出功率小，需要通过调整电压器的气隙和初级线圈的匝数，来调整变压器初级线圈的电感量的大小。

因此，反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，从而会降低开关电源变压器的工作效率，并且漏感还会产生反电动势，容易把开关管击穿。

04

反激式开关电源的优点是电路比较简单，体积比较小。

反激式开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于正激式开关电源来要高很多。

反激式开关电源的优点是电路比较简单，比正激式开关电源少用了一个大的储能滤波电感，以及一个续流二极管，一次，反激式开关电源的体积要比正激式开关电源的体积小，且成本也要低。

此外，反激式开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于正激式开关电源来要高很多，因此，反激式开关电源要求调控占空比的误差信号幅度要比较低，误差信号放大器的增益和动态范围也要较小。由于这些优点，目前，反激式开关电源在家电领域中还是被广泛的应用。

正激式是开关管导通时变压器次级电路工作,反激式是开关管截止时变压器次级电路工作(开关截止，主级能量传递给次级，次级工作开关闭合，主级电感线圈存储能量)。 正激式开关电源输出必需有续流二极管而反激式没有(它们的变压器绕法也不一样。反激式变压器初次极工作时间相反而正激式初次极工作时间相同)正激跟反激相比最大的问题的用的器件更多，虽然好像没多几个，但都是必不可少，而且成本都是很高的。电路比反激式变压器开关电源多用一个大储能滤波电感，以及一个续流二极管。 正激式变压器开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于反激式变压器开关电源来说要低很多，因此，正激式变压器开关电源要求调控占空比的误差信号幅度比较高，误差信号放大器的增益和动态范围也比较大。

正激式变压器开关电源为了减少变压器的励磁电流，提高工作效率，变压器的伏秒容量一般都取得比较大，并且为了防止变压器初级线圈产生的反电动势把开关管击穿，正激式变压器开关电源的变压器要比反激式变压器开关电源的变压器多一个反电动势吸收绕组，因此，正激式变压器开关电源的变压器的体积要比反激式变压器开关电源的变压器的体积大。

正激式变压器开关电源还有一个更大的缺点是在控制开关关断时，变压器初级线圈产生的反电动势电压要比反激式变压器开关电源产生的反电动势电压高。因为一般正激式变压器开关电源工作时，控制开关的占空比都取在0.5左右，而反激式变压器开关电源控制开关的占空比都取得比较小。