反激變換器(Flyback Converter)，也稱為反激式轉(zhuǎn)換器或反激式變換器，是一種廣泛應(yīng)用于交流直流(AC/DC)和直流直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換的電力電子器件。它在輸入級(jí)和輸出級(jí)之間提供絕緣隔離，是開關(guān)電源的一種重要形式。反激變換器以其結(jié)構(gòu)簡單、功能多樣而著稱，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、筆記本電腦、USB充電器以及顯像管的高壓電源等領(lǐng)域。以下將詳細(xì)介紹反激變換器的定義、結(jié)構(gòu)及其工作原理。

一、反激變換器的定義

反激變換器是一種通過開關(guān)管控制變壓器儲(chǔ)能和釋放能量的電力電子變換器。在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器儲(chǔ)能;在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器釋放能量至負(fù)載。由于變壓器在能量釋放時(shí)具有反向電流的特性，故得名“反激”。此外，反激變換器也被稱為隔離式升降壓變換器，因?yàn)樗軌蛟谡{(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電壓的同時(shí)，最大限度地減少電磁干擾(EMI)。

二、反激變換器的結(jié)構(gòu)

反激變換器的核心部件包括開關(guān)管(如MOSFET)、變壓器、二極管和電容等。這些部件通過特定的電路連接方式構(gòu)成反激變換器的整體結(jié)構(gòu)。以下是反激變換器各主要部件的詳細(xì)說明：

開關(guān)管 ：

作用 ：作為反激變換器的控制元件，通過其導(dǎo)通和關(guān)斷來控制變壓器的工作狀態(tài)。

類型 ：常用的是MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，因其具有高速開關(guān)能力和低導(dǎo)通電阻而廣受歡迎。

控制方式 ：通常采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)來控制開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間(占空比)，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。

變壓器 ：

作用 ：在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量，在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)釋放能量至負(fù)載。反激變換器中的變壓器具有特殊的儲(chǔ)能電感作用，因此也被稱為儲(chǔ)能變壓器。

結(jié)構(gòu) ：由初級(jí)線圈(Primary Coil)和次級(jí)線圈(Secondary Coil)組成，兩者通過磁芯耦合。為防止磁心飽和，變壓器磁心常加氣隙以降低導(dǎo)磁率。

工作原理 ：在開關(guān)管導(dǎo)通期間，初級(jí)線圈中的電流增加，磁芯中的磁場(chǎng)增強(qiáng)并儲(chǔ)存能量;在開關(guān)管關(guān)斷期間，磁場(chǎng)開始下降并在次級(jí)線圈上感應(yīng)出電壓，通過二極管整流后向負(fù)載供電。

二極管 ：

作用 ：在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)作為整流元件，將變壓器次級(jí)線圈產(chǎn)生的交流電壓整流為直流電壓供給負(fù)載。

類型 ：常用的是快速恢復(fù)二極管或肖特基二極管，因其具有快速開關(guān)能力和低正向壓降而適用于高頻開關(guān)電源。

電容 ：

作用 ：在輸出端濾除電壓波動(dòng)和噪聲，提供穩(wěn)定的直流輸出電壓。同時(shí)，在開關(guān)管導(dǎo)通期間向負(fù)載提供電壓和電流。

類型 ：根據(jù)輸出電壓和負(fù)載電流的需求選擇合適的電容值和類型。

?反激式轉(zhuǎn)換器(Flyback Converter)?是一種常見的電力電子器件，廣泛應(yīng)用于交流直流(AC/DC)和直流直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換中，并在輸入級(jí)和輸出級(jí)之間提供絕緣隔離。其工作原理基于電磁感應(yīng)，通過開關(guān)管控制變壓器儲(chǔ)能和釋放能量，具有結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛的優(yōu)點(diǎn)?12。

工作原理

反激式轉(zhuǎn)換器的工作原理基于電磁感應(yīng)。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓對(duì)儲(chǔ)能電感充電，電流增大;而當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)，由于電感的電流不能突變，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)與輸出電容和負(fù)載共同形成回路，實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換?3。通過控制開關(guān)管的通斷，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精確控制。典型的單端反激變換器設(shè)計(jì)中，開關(guān)管的門極信號(hào)由PWM控制器提供，磁芯僅在磁滯回線的一側(cè)工作，初級(jí)電感線圈在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量，在開關(guān)管截止時(shí)釋放能量給負(fù)載?3。

特點(diǎn)和應(yīng)用

反激式轉(zhuǎn)換器具有以下特點(diǎn)：

?結(jié)構(gòu)簡單?：設(shè)計(jì)所需的組件較少，成本較低。

?隔離功能?：在輸入和輸出之間提供絕緣隔離，適用于需要電氣隔離的場(chǎng)合。

?寬輸入電壓范圍?：能夠控制和調(diào)節(jié)具有寬輸入電壓范圍的多個(gè)輸出電壓。

?電磁干擾少?：在調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電壓的同時(shí)，最大限度地減少電磁干擾(EMI)。

應(yīng)用范圍包括低功率的開關(guān)電源、顯像管的高壓電源以及絕緣柵驅(qū)動(dòng)器等?12。

反激式轉(zhuǎn)換器(Flyback Converter)是一種常見的開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為所需輸出電壓。它具有簡單、緊湊的設(shè)計(jì)和較高的效率，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電源系統(tǒng)中。反激式轉(zhuǎn)換器主要通過變壓器的儲(chǔ)能和釋能來實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和穩(wěn)定輸出。

1.什么是反激式轉(zhuǎn)換器

反激式轉(zhuǎn)換器是一種特殊的開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為所需的輸出電壓。它由一個(gè)變壓器、開關(guān)器件(如MOSFET或BJT)、整流二極管、輸出濾波電容等組成。反激式轉(zhuǎn)換器利用變壓器的儲(chǔ)能和釋能過程，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為間歇性脈沖信號(hào)，并通過控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和截止來調(diào)節(jié)輸出電壓。

2.反激式轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)及原理

反激式轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)包括輸入電源、變壓器、開關(guān)器件、整流二極管和輸出濾波電容。以下是反激式轉(zhuǎn)換器的工作原理：

儲(chǔ)能過程： 在轉(zhuǎn)換器的工作周期開始時(shí)，開關(guān)器件導(dǎo)通，電流從輸入電源流經(jīng)變壓器的初級(jí)繞組。由于磁場(chǎng)的建立，能量被儲(chǔ)存在變壓器的磁場(chǎng)中。同時(shí)，輸出電容通過輸出電路向負(fù)載提供電能。

釋能過程： 當(dāng)開關(guān)器件截止時(shí)，變壓器中的磁場(chǎng)崩潰，通過互感作用將能量傳遞給次級(jí)繞組。由于極性相反，二次側(cè)產(chǎn)生的電壓與輸入電壓疊加，形成一個(gè)高壓脈沖。這個(gè)脈沖經(jīng)過整流二極管后充電到輸出濾波電容，以供應(yīng)負(fù)載。

控制與調(diào)節(jié)： 反激式轉(zhuǎn)換器的輸出電壓可以通過調(diào)節(jié)開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間和截止時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。采用反饋控制回路可以監(jiān)測(cè)輸出電壓并對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出。

3.反激式轉(zhuǎn)換器的優(yōu)缺點(diǎn)

反激式轉(zhuǎn)換器具有以下優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

3.1 反激式轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)

簡單緊湊：反激式轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，組成部件較少，適合小型化和集成化設(shè)計(jì)。

高效率：由于儲(chǔ)能和釋能過程中的能量回收，反激式轉(zhuǎn)換器具有較高的轉(zhuǎn)換效率。

多電平輸出：通過調(diào)整變壓器繞組比例，反激式轉(zhuǎn)換器支持多種輸出電壓級(jí)別。

隔離性好：反激式轉(zhuǎn)換器采用變壓器進(jìn)行電氣隔離，可提供良好的輸入和輸出之間的隔離保護(hù)。

3.2 反激式轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)

輸出波動(dòng)：反激式轉(zhuǎn)換器的輸出電壓在負(fù)載變化時(shí)可能存在一定程度的波動(dòng)。

電磁干擾：由于開關(guān)器件的快速開關(guān)過程，反激式轉(zhuǎn)換器可能會(huì)產(chǎn)生較多的電磁干擾，特別是在高頻工作條件下。

輸入電流脈沖：反激式轉(zhuǎn)換器的工作過程中會(huì)產(chǎn)生間歇性的輸入電流脈沖，可能對(duì)輸入電源和其他電源設(shè)備造成一定的干擾。

設(shè)計(jì)復(fù)雜性：盡管反激式轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要考慮變壓器參數(shù)、開關(guān)器件的選型與驅(qū)動(dòng)、輸出濾波等因素，因此設(shè)計(jì)復(fù)雜度較高。

總之，反激式轉(zhuǎn)換器是一種常見的開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過儲(chǔ)能和釋能過程將輸入電壓轉(zhuǎn)換為所需的輸出電壓。它具有簡單緊湊、高效率、多電平輸出和良好的隔離性等優(yōu)點(diǎn)，但也存在輸出波動(dòng)、電磁干擾、輸入電流脈沖和設(shè)計(jì)復(fù)雜性等缺點(diǎn)。合理的設(shè)計(jì)和控制可以克服這些缺點(diǎn)，并使反激式轉(zhuǎn)換器在各種電子設(shè)備和電源系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。