反激電源適配器

在設(shè)計(jì)反激式電源適配器時(shí)，我發(fā)現(xiàn)有很多工程師和學(xué)生，存在很大的困難。實(shí)際上這種拓?fù)浞浅?shí)用，而且設(shè)計(jì)也并不難。
問(wèn)題并不在于電源適配器設(shè)計(jì)本身的難處，或是學(xué)生的能力，而是與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)方式有關(guān)。
從反激變壓器設(shè)計(jì)的第一步開(kāi)始，就定下了錯(cuò)誤的思維定勢(shì)，設(shè)計(jì)者常常把“反激變壓器”當(dāng)成真正的變壓器來(lái)設(shè)計(jì)，這正是問(wèn)題所在。
對(duì)于變壓，我們已經(jīng)非常熟悉，它是一種非常簡(jiǎn)單的設(shè)備——初級(jí)繞組上施加一定的電壓，次級(jí)繞組上就可以得到相應(yīng)的電壓。電壓比率與匝比相同，與輸出（負(fù)載）電流無(wú)關(guān)。換句話(huà)講，變壓器保證初次級(jí)電壓的轉(zhuǎn)換比率（初級(jí)繞組為1V／匝，從而使次級(jí)繞組電壓也為IV／匝。如果需要得到10V電壓，用10匝次級(jí)繞組即可實(shí)現(xiàn)，原理非常簡(jiǎn)單。）但是，需要注意變壓器的一個(gè)很重要的特性，初級(jí)與次級(jí)同時(shí)導(dǎo)通。即電流從初級(jí)繞組的正極性流進(jìn)，則同時(shí)從次級(jí)繞組的正極性流出。
反激電源適配器的基本電路圖如圖所示。

值得注意的是，在開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通期間，電流流進(jìn)變壓器T1的初級(jí)繞組，而此時(shí)次級(jí)二極管不導(dǎo)通故次級(jí)無(wú)電流流過(guò)。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)，初級(jí)電流停止，所有繞組電壓反向。這種反激電壓使得輸出二極管及次級(jí)繞組導(dǎo)通，并流過(guò)電流。所以“反激變壓器”的初級(jí)與次級(jí)繞組在不同的時(shí)刻導(dǎo)通并流過(guò)電流，這種差異很明顯地改變了“反激變壓器”的工作原理。
讓我們分析“反激筆記本電腦充電器”工作模式。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，只有初級(jí)繞組導(dǎo)通（其他繞組因未導(dǎo)通，可暫不考慮其對(duì)初級(jí)電壓的影響），此時(shí)，開(kāi)關(guān)管可認(rèn)為只是給電感儲(chǔ)存能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)，只有次級(jí)繞組導(dǎo)通，分析時(shí)可暫不考慮初級(jí)繞組對(duì)次級(jí)的影響（此時(shí)，次級(jí)可認(rèn)為只是電感放電過(guò)程）。所以，“反激變壓器”與真正變壓器有什么樣的不同，就顯而易見(jiàn)了。所謂的“反激變壓器”，從功能上考慮，實(shí)際上只是有著若干繞組的電感而已。
這種不止一個(gè)繞組的電感工作原理是，初級(jí)與次級(jí)的安匝比守恒（而不是像真正的變壓器一樣，電壓比守恒）。例如，初級(jí)繞組100匝，開(kāi)關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)的峰值電流為1A，存儲(chǔ)在初級(jí)的安匝數(shù)為100安匝。這個(gè)數(shù)值必須等于次級(jí)的安匝數(shù)，若次級(jí)繞組為10匝，則電流應(yīng)為10A（10T×10A=100安匝）。同樣，1匝次級(jí)繞組將會(huì)有100A的峰值電流，1000匝次級(jí)繞組對(duì)應(yīng)于0.1A的峰值電流。
這種情況下，電壓方面的關(guān)系又如何呢？首先需要說(shuō)明的是，初次級(jí)繞組電壓并不相關(guān)次級(jí)繞組電壓只與負(fù)載有關(guān)。假設(shè)次級(jí)繞組安匝數(shù)為100，匝數(shù)為10，則峰值電流為10A，如上節(jié)例子所述。如果將次級(jí)繞組與19負(fù)載相連則可得到10V的次級(jí)電壓。如果將這樣的次級(jí)繞組與1009的負(fù)載相連，則可以在次級(jí)得到不可思議的1000電壓，這就是之所以反激拓?fù)湓诟邏簯?yīng)用場(chǎng)所得到普遍應(yīng)用的原因（不得將次級(jí)開(kāi)路，會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體元件損壞）。當(dāng)次級(jí)有幾個(gè)繞組同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，則所有次級(jí)繞組的安重?cái)?shù)之和與初級(jí)安匝數(shù)守恒。

根據(jù)以上所述可知，“反激變壓器”實(shí)際上是以電感的特性工作，所以就需要采用電感的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)（因?yàn)榇判耐瑫r(shí)需要承載電流的直流和交流成分，故第7章中名詞采用扼流圈代替電感）。所以說(shuō)，假若較初“反激變壓器”可以根據(jù)其功能正確命名為“反激扼流圈”，那現(xiàn)在就不會(huì)有那么多的疑惑了。
但是我們都知道，初級(jí)與次級(jí)繞組就算是不同時(shí)導(dǎo)通，它們之間也會(huì)存在電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系。還是采用上面的實(shí)例，10匝的次級(jí)繞組加在100負(fù)載之上，次級(jí)繞組上電壓為1000V。這1000V電壓將會(huì)折射到初級(jí)繞組，其折射電壓值為1000，加上輸入電壓100V，開(kāi)關(guān)管在關(guān)斷期間將會(huì)承受10100V的電壓（耐壓11000V的開(kāi)關(guān)管，超過(guò)現(xiàn)有的工藝水平）。所以在現(xiàn)實(shí)中很難實(shí)現(xiàn)，但是理論上可行。
所以，當(dāng)我們?cè)谠O(shè)計(jì)“反激變壓器”時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)。
①記住你不是在設(shè)計(jì)一個(gè)變壓器，而是有著多繞組的扼流圈。
②初級(jí)繞組匝數(shù)需要滿(mǎn)足AC電壓應(yīng)力（伏秒數(shù)）和磁心飽和特性

其中，N，是較小的初級(jí)匝數(shù)，V是較大的初級(jí)直流電壓（V），7是開(kāi)關(guān)管Q1的較大導(dǎo)通時(shí)間（μs），B是AC磁通密度變化的峰一峰值（特斯拉），鐵氧體典型值為200mT，A為磁心中心柱的有效面積（mm2）。
③次級(jí)繞組可靈活選擇。如果次級(jí)繞組每匝電壓值與初級(jí)相同，則開(kāi)關(guān)管Q上的反激電壓為輸入電壓的兩倍。
④當(dāng)使用帶有磁隙的鐵氧體磁心時(shí)，較小的磁隙長(zhǎng)度必須保證在流過(guò)交流和直流勵(lì)磁電流和時(shí)，磁心不能飽和。而在更多的情況下，磁隙長(zhǎng)度的選擇是為了滿(mǎn)足能量轉(zhuǎn)換的要求，這樣經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致磁隙長(zhǎng)度超過(guò)了其需求的較小長(zhǎng)度。初級(jí)繞組儲(chǔ)存的能量為
E（焦耳）=1／2LI²
這是攝像機(jī)電源適配器初級(jí)能夠傳送到次級(jí)的較大能量，而且只是在斷續(xù)（完全能量傳遞）的工作模式。在連續(xù)的工作模式，只有部分能量被傳送。
注意：減小電感值L，看上去可以減少初級(jí)儲(chǔ)在的能量，但是在電感減小的同時(shí)，電流／會(huì)以相同的比例增太。又因?yàn)槟芰颗c電流／的平方值成正比，所以減小電感值，其實(shí)初級(jí)儲(chǔ)存的能量實(shí)際上是增加的。
⑤不推薦一味地設(shè)計(jì)出某一固定的電感值，而較好是電感值能夠在磁隙長(zhǎng)度或是磁心材料（磁導(dǎo)率）改變時(shí)可以有相應(yīng)的變化裕量。

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| 發(fā)布時(shí)間：2019.01.14 來(lái)源：電源適配器廠(chǎng)家

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