單端反激電路工作原理

單端反激開關(guān)電源采用了穩(wěn)定性很好的雙環(huán)路反饋（輸出直流電壓隔離取樣反饋外回路和初級(jí)線圈充磁峰值電流取樣反饋內(nèi)回路）控制系統(tǒng)，就可以通過(guò)開關(guān)電源的PWM（脈沖寬度調(diào)制器）迅速調(diào)整脈沖占空比，從而在每一個(gè)周期內(nèi)對(duì)前一個(gè)周期的輸出電壓和初級(jí)線圈充磁峰值電流進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。這種反饋控制電路的最大特點(diǎn)是：在輸入電壓和負(fù)載電流變化較大時(shí)，具有更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，自動(dòng)限制負(fù)載電流，補(bǔ)償電路簡(jiǎn)單。反激電路適應(yīng)于小功率開關(guān)電源，其原理圖如圖1所示。

下面分析在理想空載的情況下電流型PWM的工作情況。與電壓型的PWM比較，電流型PWM又增加了一個(gè)電感電流反饋環(huán)節(jié)。

圖中：A1為誤差放大器;A2為電流檢測(cè)比較器;U2為RS觸發(fā)器;Uf為輸出電壓Uo的反饋取樣，該反饋取樣與基準(zhǔn)電壓Uref通過(guò)誤差放大器A1產(chǎn)生誤差信號(hào)Ue（該信號(hào)也是A2的比較箝位電壓）。

設(shè)場(chǎng)效應(yīng)管Q1導(dǎo)通，則電感電流iL以斜率Ui/L線性增長(zhǎng)，L為T1的原邊電感，電感電流在無(wú)感電阻R1上采樣u1=R1iL，該采樣電壓被送入電流檢測(cè)比較器A2與來(lái)自誤差放大器的Ue進(jìn)行比較，當(dāng)u1》Ue時(shí)，A2輸出高電平，送到RS觸發(fā)器U2的復(fù)位端，則兩輸入或非門U1輸出低電平并關(guān)斷Q1;當(dāng)時(shí)鐘輸出高電平時(shí)，或非門U1始終輸出低電平，封鎖PWM，在振蕩器輸出時(shí)鐘下降的同時(shí)，或非門U1的兩輸入均為低電平，則Q1被打開。

因此，從上面的分析可以看出，電流型PWM信號(hào)的上升沿由振蕩器時(shí)鐘信號(hào)的下降沿決定，而PWM的下降沿則由電感電流的陷值信號(hào)和來(lái)自誤差放大器的誤差信號(hào)共同決定，其工作時(shí)序如圖2所示。

單端反激式開關(guān)電源以主開關(guān)管的周期性導(dǎo)通和關(guān)斷為主要特征。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器一次側(cè)線圈內(nèi)不斷儲(chǔ)存能量;而開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器將一次側(cè)線圈內(nèi)儲(chǔ)存的電感能量通過(guò)整流二極管給負(fù)載供電，直到下一個(gè)脈沖到來(lái)，開始新的周期。

開關(guān)電源中的脈沖變壓器起著非常重要的作用：一是通過(guò)它實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)—磁場(chǎng)—電場(chǎng)能量的轉(zhuǎn)換，為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電壓;二是可以實(shí)現(xiàn)變壓器功能，通過(guò)脈沖變壓器的初級(jí)繞組和多個(gè)次級(jí)繞組可以輸出多路不同的直流電壓值，為不同的電路單元提供直流電量;三是可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電源變壓器的電隔離作用，將熱地與冷地隔離，避免觸電事故，保證用戶端的安全。

單端反激電路的三種工作模式及輸出波形

反激電源有三種工作模式：連續(xù)工作模式、斷續(xù)工作模式、臨界連續(xù)工作模式。

（1）連續(xù)工作模式

單端反激電源滿載或者重載時(shí)，開關(guān)占空比大，副邊二極管未關(guān)斷時(shí)MOS管就會(huì)開通，其工作過(guò)程沒(méi)有原副邊電流同時(shí)為0的情況，即工作在連續(xù)模式，其工作波形如圖表2所示。

工作過(guò)程分析如下：

1）t0時(shí)刻之前，開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，原邊電流上升，變壓器儲(chǔ)能，原邊電壓為正，副邊電壓為負(fù)，電容C1上對(duì)R1緩慢放電，C1電壓減小。原邊電流副邊電流

2）t0~t1階段。t0時(shí)刻，關(guān)斷開關(guān)管。（a）原邊電流迅速減小，其減小的速度為Vin/Lm，副邊二極管導(dǎo)通，副邊電流迅速增大；（b）原邊激磁電感上的電流減小，原邊電壓減小，副邊電壓升高，兩者同時(shí)過(guò)0，然后各自達(dá)到最小值和最大值，副邊電壓為2V，原邊電壓為）//（2psNNV。（c）由于MOS管有結(jié)電容存在，所以其上電壓不能突變，是零電壓關(guān)斷。MOS管承受的壓降為）//（2psinNNVV+；（d）這個(gè)過(guò)程中，由于漏感上的電流不能突變，開始對(duì)C1充電，C1不再減小，有增大的趨勢(shì)。

3）t1~t2時(shí)刻。這個(gè)過(guò)程中，（a）原副邊電壓和MOS管壓降基本保持不變；（b）由于t1時(shí)刻U1達(dá)到負(fù)的最大值，其電壓高于C1電壓，所以C1被充電，并很快達(dá)到最大值；（c）由于變壓器能量在釋放，副邊電流緩慢減小。

4）t2~t3時(shí)刻。t2時(shí)刻關(guān)斷MOS管。（a）原邊電壓迅速升高，副邊電壓開始降低，并且在t3時(shí)刻達(dá)到最大值和最小值。（b）該過(guò)程中電流有一個(gè)很大的尖峰，該尖峰產(chǎn)生的原因有兩個(gè)方面：第一、由于副邊電流未減小到0時(shí)被強(qiáng)迫關(guān)斷，所以反射到原邊產(chǎn)生；第二、由于原邊電感電壓在這一過(guò)程中變化很快，由dtdiLU/?=可知，電流隨著電壓的變化也迅速增加，該尖峰電流在t3時(shí)刻達(dá)到最小值；

5）t3時(shí)刻以后，MOS管結(jié)電容放電，很快完全導(dǎo)通，其工作過(guò)程跟t0時(shí)刻之前一樣。

（2）斷續(xù)工作模式

反激電源在空載或者輕載時(shí)有可能工作在斷續(xù)模式。空載或輕載時(shí)，開關(guān)的占空比較小，開關(guān)關(guān)斷后副邊電流線性減小，在開關(guān)開通之前減小到0，這時(shí)原、副邊電流均為0，反激電源工作在斷續(xù)工作模式。

單端反激電源斷續(xù)工作模式下的工作過(guò)程如圖表3所示。

其工作過(guò)程如下：

1）t0時(shí)刻之前、t0~t1時(shí)刻工作狀態(tài)跟連續(xù)模式相同；

2）t1~t2時(shí)間。該時(shí)間段可以分為兩個(gè)時(shí)間段。（a）副邊電流線性下降，變壓器的儲(chǔ)能向副邊釋放，原邊電壓為負(fù)值，大小為）//（2psNNV，副邊電壓為V2，MOS管上的壓降為）//（2psinNNVV+；（b）副邊電流降到0以后，原邊電壓由于沒(méi)有了副邊映射電壓的鉗位，開始線性上升，由于電流幾乎為0，由CtiUUinq/）（??=??可知，電壓變化很慢，副邊電壓線性下降，MOS管的壓降也隨著原邊電壓的回升而減小，直到t2時(shí)刻開通MOS管；

3）t2~t3時(shí)間。由于MOS管開通，原邊電壓線性上升其斜率為minLU/，副邊電壓線性下降。原邊電感電壓在這一過(guò)程中變化很快，由dtdiLU/?=可知，電流隨著電壓的變化也迅速增加，該尖峰電流在t3時(shí)刻達(dá)到最小值；

4）t3時(shí)刻以后，MOS管結(jié)電容放電，很快完全導(dǎo)通，其工作過(guò)程跟t0時(shí)刻之前一樣。

（3）臨界連續(xù)工作模式

臨界連續(xù)工攻模式下，單端反激電源工作波形如圖表4所示。

臨界連續(xù)工作模式是連續(xù)模式與斷續(xù)模式的一個(gè)過(guò)渡，可以當(dāng)作連續(xù)模式分析與可以當(dāng)作斷續(xù)模式分析。

其工作過(guò)程與連續(xù)模式基本相同，不同之處有兩點(diǎn)：

1）t1~t2階段結(jié)束，在t2時(shí)刻，副邊電流剛好降為0，副邊二極管剛好關(guān)斷。

2）t2~t3階段的原邊電流尖峰只由原邊電感電壓的變化引起，不由副邊二極管映射過(guò)來(lái)，這一點(diǎn)同斷續(xù)模式一致。