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脈衝電壓激勵時,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 勵電壓被關斷後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。
原理,工作模式,優缺點,
原理
圖1-a是反激式變壓器開關電源的簡單工作原理圖, 圖1-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-b是反激式變壓器開關電源的 電壓輸出波形。 把圖1-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-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-b的負載是一個儲能濾波電容和一個電阻並聯。由於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相當於被整流二極體 和輸出電壓uo進行限幅,因此,圖1-16-b中輸出電壓uo的脈衝尖峰完全被削除,被限幅後的剩餘電壓幅值正好等於輸出電壓uo的最大值up,同時也等 於變壓器次級線圈輸出電壓uo的半波平均值upa。
工作模式
反激電源的連續與斷續模式是指變壓器的工作狀態,在滿載狀態變壓器工作於能量完全傳遞,或不完全傳遞的工作模式。一般要根據工作環境進行設計,常規反激電源應該工作在連續模式,這樣開關管、線路的損耗都比較小,而且可以減輕輸入輸出電容的工作應力,但是這也有一些例外。需要在這裡特別指出:由於反激電源的特點也比較適合設計成高壓電源,而高壓電源變壓器一般工作在斷續模式,本人理解為由於高壓電源輸出需要採用高耐壓的整流二極體。由於製造工藝特點,高反壓二極體,反向恢復時間長,速度低,在電流連續狀態,二極體是在有正向偏壓時恢復,反向恢復時的能量損耗非常大,不利於變換器性能的提高,輕則降低轉換效率,整流管嚴重發熱,重則甚至燒毀整流管。由於在斷續模式下,二極體是在零偏壓情況下反向偏置,損耗可以降到一個比較低的水平。所以高壓電源工作在斷續模式,並且工作頻率不能太高。還有一類反激式電源工作在臨界狀態,一般這類電源工作在調頻模式,或調頻調寬雙模式,一些低成本的自激電源(rcc)常採用這種形式,為保證輸出穩定,變壓器工作頻率隨著,輸出電流或輸入電壓而改變,接近滿載時變壓器始終保持在連續與斷續之間,這種電源只適合於小功率輸出,否則電磁兼容特性的處理會很麻煩。
優缺點
反激式開關電源在控制開關接通期間不向負載提供功率輸出,僅在控制開關關斷期間才把存儲能量轉化成反電動勢向負載提供輸出;當控制開關的占空比為0.5時,變壓器次級線圈輸出電壓的平均值ua約等於電壓最大值up(用半波平均值upa代之)的二分之一;而流過負載的電流io(平均電流)正好等於流過變壓器次級線圈最大電流的四分之一。 當反激式開關電源當控制開關的占空比為0.5時,電壓脈動係數sv約等於2或大於2,而電流脈動係數si約等於4。反激式開關電源的電壓脈動係數與正激式變壓器開關電源的電壓脈動係數基本相同,但電流脈動係數比正激式變壓器開關電源的電流脈動係數大兩倍。由此可知,反激式開關電源的電壓和電流輸出特性要比正激式變壓器開關電源差。特別是,反激式開關電源使用的時候,為了防止電源開關管過壓擊,其占空比一般都取得小於0.5,此時,流過變壓器次級線圈的電流會出現斷流,電壓和電流的脈動係數都會增加,其電壓和電流的輸出特性將變得更差。 由於反激式開關電源僅在控制開關關斷期間才向負載提供能量輸出,當負載電流出現變化時,開關電源不能立刻對輸出電壓或電流產生反應,而需要等到下個工作周期時,通過輸出電壓取樣和調寬控制電路的作用,開關電源才開始對已經過去了的事件進行反應(即改變占空比),因此,反激式開關電源輸出電壓的瞬態控制特性相對來說比較差。有時,當負載電流變化的頻率或相位正好與取樣、調寬控制電路輸出電壓的延時特性在相位保持一致的時候,反激式開關電源輸出電壓可能會產生抖動。這種情況在電視機開關電源中最容易出現。 反激式開關變壓器的鐵芯一般都需要留一定的氣隙,一方面是為了防止變壓器的鐵芯因流過變壓器初級線圈的電流過大,容易產生磁飽和;另一方面是因為變壓器的輸出功率大小,需要通過調整變壓器鐵芯的氣隙和初級線圈的匝數,來調整變壓器初級線圈的電感量大小。因此,反激式開關變壓器初、次級線圈的漏感都比較大,從而會降低開關變壓器的工作效率,並且漏感還會產生反電動勢,容易把開關器件擊穿。 反激式變壓器開關電源的優點是電路比較簡單,正反激式變壓器開關電源少用一個大儲能濾波電感,以及一個續流二極體,因此,反激式變壓器開關電源的體積要比正激式變壓器開關電源的體積小,且成本也要降低。此外,反激式變壓器開關電源輸出電壓受占空比的調製幅度,相對於正激式變壓器開關電源來說要高很多,因此,反激式變壓器開關電源要求調控占空比的誤差信號幅度比較低,誤差信號放大器的增益和動態範圍也比較小。由於這些優點,反激式變壓器開關電源在家電領域中還是被廣泛使用。