開關電源原理與設計（連載18）反激式變壓器開關電源

1-7．反激式變壓器開關電源

反激式變壓器開關電源工作原理比較簡單，輸出電壓控制范圍比較大，因此，在一般電器設備中應用最廣泛。

1-7-1．反激式變壓器開關電源工作原理

所謂反激式變壓器開關電源，是指當變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關斷后才向負載提供功率輸出，這種變壓器開關電源稱為反激式開關電源。

圖1-19-a是反激式變壓器開關電源的簡單工作原理圖，圖1-19-a中，Ui是開關電源的輸入電壓，T是開關變壓器，K是控制開關，C是儲能濾波電容，R是負載電阻。圖1-19-b是反激式變壓器開關電源的電壓輸出波形。

把圖1-19-a與圖1-16-a進行比較，如果我們把圖1-16-a中開關變壓器次級線圈的同名端對調一下，原來變壓器輸出電壓的正、負極性就會完全顛倒過來，圖1-19-b所示的電壓輸出波形基本上就是從圖1-16-b的波形顛倒過來的。不過，因為圖1-16-b的波形對應的是純電阻負載，而圖1-19-b的負載是一個儲能濾波電容和一個電阻并聯。由于儲能濾波電容的容量很大，其兩端電壓基本不變，變壓器次級線圈輸出電壓uo相當于被整流二極管和輸出電壓Uo進行限幅，因此，圖1-16-b中輸出電壓uo的脈沖尖峰完全被削除，被限幅后的剩余電壓幅值正好等于輸出電壓Uo的最大值Up，同時也等于變壓器次級線圈輸出電壓uo的半波平均值Upa。

下面我們來詳細分析反激式變壓器開關電源的工作過程（參考圖1-20）。
圖1-19-a中，在控制開關K接通的Ton期間，輸入電源Ui對變壓器初級線圈N1繞組加電，初級線圈N1繞組有電流i1流過，在N1兩端產生自感電動勢的同時，在變壓器次級線圈N2繞組的兩端也同時產生感應電動勢，但由于整流二極管的作用，沒有產生回路電流。相當于變壓器次級線圈開路，變壓器次級線圈相當于一個電感。因此，流過變壓器初級線圈N1繞組的電流就是變壓器的勵磁電流，變壓器初級線圈N1繞組兩端產生自感電動勢可由下式表示：

e1 = L1di/dt = Ui —— K接通期間 （1-98）

或
e1 = N1dф/dt = Ui —— K接通期間 （1-99）

上式中，e1為變壓器初級線圈N1繞組產生的自感電動勢，L1是變壓器初級線圈N1繞組的電感，N1為變壓器初級線圈N1繞組線圈繞組的匝數， ф為變壓器鐵心中的磁通。對（1-98）和（1-99）式進行積分，由此可求得：

i1 =Ui*t/L1 ＋i(0) —— K接通期間 （1-100）

ф=Ui*t/N1 ＋ф (0) —— K關斷瞬間 （1-101）

上式中，i1是流過變壓器初級線圈N1繞組的電流， ф為變壓器鐵心中的磁通；i1(0)為變壓器初級線圈中的初始電流，即：控制開關剛接通瞬間流過變壓器初級線圈N1繞組的電流； ф(0)為初始磁通，即：控制開關剛接通瞬間變壓器鐵心中的磁通。當開關電源工作于輸出臨界連續電流狀態時，這里的i1(0)正好0，而 ф(0)正好等于剩磁通S?Br。當控制開關K將要關斷，且開關電源工作于輸出電流臨界連續狀態時，i1和 均達到最大值：

i1m =Ui*Ton/L1 —— K關斷瞬間 （1-102）

Фm=Ui*Ton/N1 ＋S?Br = S?Bm —— K關斷瞬間 （1-103）

（1-102）、（1-103）式中，i1m為流過變壓器初級線圈N1繞組的最大電流，即：控制開關關斷瞬間前流過變壓器初級線圈N1繞組的電流； фm為變壓器鐵心中的最大磁通，即：控制開關關斷瞬間前變壓器鐵心中的磁通，S為變壓器鐵心導磁面積，Br為剩余磁感應強度，Bm為最大磁感應強度。