?反激變換器?(Flyback Converter)是一種通過開關管控制變壓器儲能和釋放能量的電力電子變換器。其工作原理基于開關模式電源(SMPS)模式，通過控制開關管的導通和關斷來實現(xiàn)能量的傳遞和轉換。

反激變換器的工作可以分為兩個階段：開關閉合階段和開關斷開階段。在開關閉合階段，變壓器的初級線圈直接連接在輸入電壓上，初級線圈中的電流增加，磁芯中的磁場增強并儲存能量。此時，次級線圈中產生的電壓是反向的，使得二極管處于反偏狀態(tài)而不能導通，因此由電容向負載提供電壓和電流。在開關斷開階段，初級線圈中的電流為0，磁芯中的磁場開始下降，并在次級線圈上感應出正向電壓。此時二極管處于正偏狀態(tài)，導通的電流流入電容和負載，磁芯中存儲的能量轉移至電容和負載中。

主要部件及其作用

反激變換器的核心部件包括：

?開關管?：通常采用MOSFET，通過其導通和關斷來控制變壓器的工作狀態(tài)。開關管的控制通常采用脈沖寬度調制(PWM)技術來調節(jié)輸出電壓。

?變壓器?：在開關管導通時儲存能量，在開關管關斷時釋放能量至負載。變壓器具有特殊的儲能電感作用，初級線圈和次級線圈通過磁芯耦合。

?二極管?：在開關管關斷時作為整流元件，將變壓器次級線圈產生的交流電壓整流為直流電壓供給負載。常用的是快速恢復二極管或肖特基二極管。

?電容?：在輸出端濾除電壓波動和噪聲，提供穩(wěn)定的直流輸出電壓。

應用領域

反激變換器廣泛應用于各種電子設備和電源系統(tǒng)中，包括：

?電源適配器?：將輸入電壓轉換為適合設備使用的穩(wěn)定直流電壓。

?LED照明?：在LED照明系統(tǒng)中起到電源管理和驅動LED的作用，實現(xiàn)節(jié)能、高亮度的照明效果。

?電動汽車充電器?：將電網(wǎng)交流電轉換為電動汽車所需的直流電進行充電。

反激變換器以其結構簡單、功能多樣而著稱，能夠提供電氣隔離，保證設備的安全性和系統(tǒng)的可靠性，同時在各種電子設備中得到了廣泛的應用。

反激式轉換器(Flyback Converter)是一種特殊的開關電源拓撲結構，用于將直流輸入電壓轉換為所需的輸出電壓。它廣泛應用于交流直流(AC/DC)和直流直流(DC/DC)轉換，并在輸入級和輸出級之間提供絕緣隔離。反激式轉換器的基本結構包括輸入電源、變壓器、開關器件(如MOSFET或BJT)、整流二極管和輸出濾波電容。

反激式轉換器的工作原理包括儲能過程和釋能過程。在儲能過程中，開關器件導通，電流從輸入電源流經(jīng)變壓器的初級繞組，能量被儲存在變壓器的磁場中。在釋能過程中，當開關器件截止時，變壓器中的磁場崩潰，通過互感作用將能量傳遞給次級繞組。這個過程中產生的電壓經(jīng)過整流二極管后充電到輸出濾波電容，以供應負載。通過控制開關器件的導通時間和截止時間，可以調節(jié)輸出電壓。

反激式轉換器具有一些優(yōu)點，如簡單緊湊、高效率、多電平輸出和良好的隔離性。然而，它也存在一些缺點，如輸出電壓在負載變化時可能存在波動、可能產生電磁干擾、會產生間歇性的輸入電流脈沖，并且設計復雜度較高。

總的來說，反激式轉換器是一種將直流輸入電壓轉換為所需輸出電壓的開關電源拓撲結構，具有廣泛的應用范圍。

反激式轉換器的工作原理

1、開關導通時反激式轉換器的工作原理

開關打開時的反激式轉換器

開關對于反激式轉換器的工作方式確實起著重要作用。當開關導通時，電流將從 Vin 流向初級地。這將為初級繞組充電并存儲能量。在此期間，由于二極管反向偏置，次級繞組沒有電流流動。此時的負載需求由輸出電容(Cout)供給。

開關導通時的反激式轉換器電流

2、開關關閉時反激式轉換器的工作原理

開關關閉時的反激式轉換器

當初級開關關斷時，初級繞組將抵抗電流的突然變化并反轉繞組的極性。這將導致輸出二極管的正向偏置。初級中存儲的能量將通過二極管傳輸至次級并傳輸至負載。在此期間，輸出電容器將補充電荷。

開關關閉時的反激式轉換器電流

反激式轉換器的電路分析

如果我們看到如下圖所示的基本單輸出反激式設計，我們將確定構建該設計所需的基本主要組件?；镜姆醇な睫D換器需要一個開關，可以是 FET 或晶體管、變壓器、輸出二極管、電容器。最主要的是變壓器，變壓器至少由兩個電感器組成，稱為次級線圈和初級線圈，纏繞在線圈架中，中間有磁芯。磁芯決定磁通密度，磁通密度是將電能從一個繞組傳輸?shù)搅硪粋€繞組的重要參數(shù)。另一個最重要的事情是 變壓器的相位 ，即初級和次級繞組中顯示的點。

此外，正如我們所看到的，PWM 信號連接在晶體管開關上。這是由于開關關閉和打開時間的頻率造成的。在反激式調節(jié)器中，有兩種電路操作，一種是變壓器初級繞組充電時的 接通階段 ，另一種是當電能從初級轉移到次級時的 關閉或變壓器的轉移階段 ，終于到了負載。

如果我們假設開關已關閉很長時間，則電路中的電流為0并且不存在電壓。在這種情況下， 如果開關打開，則電流將增加，并且電感器將產生電壓降，該電壓降是點負的，因為初級點端上的電壓更負。在這種情況下，由于磁芯中產生的磁通，能量流向次級。在次級線圈上，會產生相同極性的電壓，但該電壓與次級線圈與初級線圈匝數(shù)比成正比。由于點負電壓，二極管關閉，次級不會有電流流動。如果電容器在前一個開關關閉-開啟周期中充電，則輸出電容器將僅向負載提供輸出電流。

在開關閉合階段，變壓器的初級線圈直接連接在輸入電壓上。此時，初級線圈中的電流增加，變壓器磁芯中的磁場也隨之增強，并在磁芯中儲存能量。與此同時，在次級線圈中產生的電壓是反向的，這使得二極管處于反偏狀態(tài)而不能導通。在這個階段，由電容向負載提供電壓和電流。

當開關斷開時，進入開關斷開階段。此時，初級線圈中的電流降為0，同時磁芯中的磁場開始下降。在次級線圈上會感應出正向電壓，此時二極管處于正偏狀態(tài)并導通，導通的電流流入電容和負載。這樣，磁芯中存儲的能量就轉移至電容和負載中。

反激變換器通過交替切斷和導通開關管，實現(xiàn)輸入電壓到輸出電壓的轉換。并且，可以通過控制開關管的占空比和頻率，來實現(xiàn)對輸出電壓的調節(jié)和穩(wěn)定。

此外，反激變換器還常常在連續(xù)導通模式(CCM)或斷續(xù)導通模式(DCM)下運行：

在CCM模式下，開關管在電感完全放電之前從關斷狀態(tài)切換到導通狀態(tài)，從而防止電感電流降至零。這種模式具有恒定電流特性，適用于負載變化較大的應用場合，因為它能提供更穩(wěn)定的輸出電壓。

在DCM模式下，能量被完全釋放到負載中，意味著有一段時間電感電流為零。當電感電流為零時，二極管和開關管均處于關斷狀態(tài)。這種模式在輕載條件下具有較高的瞬態(tài)響應速度和效率，因為當副邊二極管在關斷期間具有零電流開關(ZCS)時，可以顯著降低開關器件的功耗。

總的來說，反激變換器以其高效能、穩(wěn)定性和調節(jié)性等特點，在電源適配器、LED照明以及電動汽車充電器等領域有著廣泛的應用。