此培训资料来源于德州仪器（TI）和中国电源学会（世纪电源网

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1

第三单元 反激变换器的拓扑结构

1. 基本反激变换器2. 三绕组吸收反激变换器3. RCD吸收反激变换器4. 其它吸收反激变换器5. 二极管吸收双反激变换器6. 反激DC-DC变换器总结

2

1. 基本反激变换器

3

结论：因漏感能量引起主管上的高电压尖峰，不能正常工作，见下面分析。

1：原理图

gV oVgI oI

C R

D1

S

pN sN

4

1）：电路图

2）：与Buckboost变换器的关系

-- 是Buckboost变换器的隔离版本；-- 该隔离变压器实际上是一个耦合电感，在 时，与

Buckboost变换器相同，但输出电压极性相反；-- 由于实际的耦合电感是非理想的，其原副边均有一个漏

感，所以基本反激变换器是不能工作的，原因见下面：

sp NN =

2: 基本反激变换器不能工作的原因

gV oVgI oI

C R

D1

S

pN sN

5

3）：基本反激变换器的等效电路—仅考虑原边的漏感

-- 每一个开关周期内，开关S导通时，二极管D截止，激磁电感Lm和漏感Lp被充电，储存能量，在开关 S截止、二极管D导通时，激磁电感上储存的能量通过变压器被传递到输出，但漏感上的能量没有传递而突然降为零，这个突变，可造成开关S两端过压，损坏S。因此这个电路是不能正常工作的。

C R

D1

S

gV gI

mL

mipN sN

oVoI

Lp

6

4）：基本反激变换器的等效电路—考虑变压器原边的漏和S的寄生电容

ossp CL /情况A：特性阻抗 较大时，可能会使开关S过压

mi

Lmv

t

t

t

gsv

sDT

sT

oNv

t

mi

1mi

1moss

si

CL

´

gv

og Nvv +

当漏感较大，寄生电容较小时，开关S在截止时，两端会有很高的尖峰电压，可影响电路的效率或正常工作。

ossC

C R

D1

S

gV gI

mL

mipN sN

oVoI

Lp

7

例子：已知：

uHLp 1=

VVo 12= AIo 10=

采用基本反激变换器，功率器件选用：IRFBC40，其参数为：

为满足器件上的稳态电压，选变压器的匝比：

VVDSS 600= W= 2.1)(onDSR AID 2.6= pFCoss 160=

可得稳态工作占空比：

VNVVV ogDS 550=+=（稳态）

h)1( DN

DVV

go

-= 286.0=D

ADN

Ii

om 17.1

)286.01(5.1210

)23.0

1()1(

)2

1(1 =-

+=-

+=l

VVg 400= 94.0=h

5.1212/400550 =-= ）（N

由：

所以原边激磁电感上的峰值电流为：

如变压器的漏感为： 则开关S上的峰值电压：

ViCL

NVVV moss

pogDS 6421 =´++=（峰值） 将因过压而损坏S：

8

4）：基本反激变换器的等效电路—考虑变压器的漏感和S的寄生电容

mi

Lmv

t

t

t

gsv

sDT

sT

oNv

t

mi

1mi

1moss

si

CL

´

gv

og Nvv +

ossp CL /情况B：特性阻抗 较小时，可减小S上的电压

ossC

C R

D1

S

gV gI

mL

mipN sN

oVoI

Lp

9

例子同前：

uHLp 15.0=如变压器的漏感为： 则开关S上的峰值电压：

ViCL

NVVV moss

pogDS 5861 =´++=（峰值） 开关S可满足电压要求：

但显然，这样大小的漏感在实际中是实现不了的，为此必须外加一个吸收电路，来减小开关S上的尖峰电压。

uHLp 1=如变压器的漏感仍为： ，而在开关S两端外并一个电容使等效电容为： pFCoss 1056=

开关S可满足电压要求：

则开关S上的峰值电压：

ViCL

NVVV moss

pogDS 5861 =´++=（峰值）

但这样大小的电容在本例子中将产生很大的容性开通损耗，按100KHz的开关频率计算，其容性开通损耗为：

WfVCP sdsosscapon 1621 2

)( == 所以仅并大电容也不是解决办法

10

5）：基本反激变换器能正常工作的前提

-- 必须加一个吸收电路，来保证开关S的电压尽小；-- 吸收电路的损耗尽量小；-- 吸收电路越简单越好。

下面介绍的各种反激变换器，便是加吸收后最常用的电路。

吸收电路C R

D1

S

gV gI

mLmi

pN sN

oVoI

Lp

11

2. 三绕组吸收反激变换器

12

1：原理图

C R

D1

Dc S

gV gI oVoI

pN sNcN

13

1）：吸收原理

dsv

Lmv

t

t

t

gsv

sDT

sT

gv

oNv-

gv2og Nvv +

pc NN =

外加一个第三绕组 和二极管 ：cN

当： 时

-- 三绕组吸收电路在基本反激变换器上增加了一条吸收支路，该吸收支路由第三绕组和吸收二极管组成，为了箝位变压器原边漏感能量在开关Ｓ断开瞬间所引起的电压尖峰，一般取 且和原边双股并绕。漏感能量在这种吸收中，部分被传递到输入电容，故它的吸收损耗是很小的。

cD

，有： 5.0max

14

2）：实际的三绕组吸收单反激变换器—考虑所有寄生参数

考虑变压器的漏感和开关S 的寄生电容后，在开关Ｓ上的电压波形会有一系列的振荡，第一个振荡尖峰电压的幅度最大，由漏感、负载电流及原边激磁电感决定，一般要尽量减小原副边的漏感，来使其最小。满载时，此尖峰电压高，当它超过2Vg时，会被吸收支路箝位到2Vg 。

dsv

Lmv

t

t

t

gsv

sDT

sT

gv

oNv-

gv2og Nvv +

C R

D1

Dc S

gV gI oVoI

pN sNcN

pL

mi

ossC

mL

15

3）：三绕组吸收单反激变换器的稳态关系

go VDN

DV

)1( -= )5.00(

16

4）：三绕组吸收单反激变换器的变压器电压波形

Nc = Np

Vgmin

-NVoDmaxTs

DminTs

Vgmax

Vg=Vgmin, D=Dmax

Vg=Vgmax, D=Dmin

Ts

Ts

=伏秒平衡方程：

-NVo

C R

D1

Dc S

gV gI oVoI

pN sNcN mi

mL

17

5）：三绕组吸收单反激变换器的典型应用场合

-- 多用在小功率的AC/DC和DC/DC电源中；-- 大功率开关电源的辅助电源。

18

3. RCD吸收反激变换器

19

1：原理图

C R

D1

S

gV gI

pN sN

oVoI

cCRc

Dc

C R

D1

S

gV gI

pN sN

oVoI

cC

Rc

Dc

(a)

(b)

20

1）：吸收原理图

外加 、 、 三个元件构成吸收电路cR

-- 吸收电路与激磁电感、漏感、开关S构成一个Buckboost电路（如下页）；-- 如设计参数保证：（1）：吸收电容上的电压纹波很小；

（2）：吸收电容的电压大于NVo。-- 上述条件下的波形如右上方，吸收电路的参数设计可由实验确定。

cC cD

dsv

Lmv

t

t

t

gsv

sDT

sT

gv

oNv-

cg vv +og Nvv +

2: 工作原理,特征与应用

gV gI oVoI

pN sNmL

micV

cCC R

D1

S

Rc

Dc Lp

Coss

21

im cCgV

DcS

Rc cV

cI

mL

Lp

R

2）：RCD吸收时的等效电路

Dci

Lpv

t

t

t

gsv

sDT

sT

gmP

pV

LLL+

)( oc NVV --

1t

t

dsv cg VV +og NVV +

1mi

Rcic

c

s

mTD

sR

RV

Tti

dttiT

is

cc =´

== ò 2)(1 11

0

1

1

1

1

1 ti

Lti

Lti

LNVVm

pm

pm

poc ´=-

´-=D

-=-

oc

mp

NVViL

t-

=1

1

c

c

soc

mp

RV

TNVViL

=- 2

121

smp

c

occf

iLR

NVVV2

)( 21=

-

MOSFET结电容忽略下的波形

用此关系，可先要求一个Vc，求出Rc，然后在实验中优化吸收电路的参数。

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3）：RCD吸收单反激变换器的稳态关系

go VDN

DV

)1-=

（)0( maxDD

og IDN

DI

)1( -=

oIDN )1(

1Im

-=

有设计决定

C R

VoD1

Np Ns

Vg

S

CcRc

Dc

Lm

imVc

23

4）：RCD吸收单反激变换器的变压器电压波形

C R

VoD1

Np Ns

Vg

S

CcRc

Dc

Lm

imVc

Vgmin

-NVoDmaxTs

DminTs

Vgmax

Vg=Vgmin, D=Dmax

Vg=Vgmax, D=Dmin

Ts

Ts

=伏秒平衡方程：

-NVo

24

5）：RCD吸收单反激变换器的典型应用场合

-- 多用在小功率的AC/DC和DC/DC电源中；-- 大功率开关电源的辅助电源。

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4. 其它吸收反激变换器

26

1：原理图

C R

D1

S

gV gI

pN sN

oVoIcC

Sc

C R

D1

S

gV gI

pN sN

oVoI

cC Sc(a) (b)

有源吸收反激变换器

C R

D1

S

gV gI

pN sN

oVoI

cC

Lc

Dc1

Dc2

LCD吸收反激变换器

这两种吸收的反激变换器，因应用不多，不再展开。

27

5. 二极管吸收双反激变换器

28

1：原理图

C R

D1

S2

gV gI

oVoI

pN sN

S1

29

1）：吸收原理

21 dsds vv +

Lmv

t

t

t

gsv

sDT

sT

gv

oNv-

gv2og Nvv +

采用双管后，可以提高变换器的效率，从而输出更大的功率。图中用两个二极管构成吸收，其原理与单反激变换器中的三绕组吸收类似，但不需要第三绕组。开关S1和S2的电压应力比单管时小一半，其它均与三绕组吸收单反激变换器类似。

2: 工作原理,特征与应用

pL

mi

1cD

C R

D1

S2

gV gI

oVoIpN sN

S1

2cD

1ossC

2ossC

mL

30

2）：二极管吸收双反激变换器的稳态关系

go VDN

DV

)1( -= )5.00(

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3）：二极管吸收双反激变换器的变压器电压波形

Nc = Np

Vgmin

-NVoDmaxTs

DminTs

Vgmax

Vg=Vgmin, D=Dmax

Vg=Vgmax, D=Dmin

Ts

Ts

=伏秒平衡方程：

-NVo

pL

mi

1cD

C R

D1

S2

gV gI

oVoIpN sN

S1

2cD

1ossC

2ossC

mL

32

4）：二极管吸收双反激变换器的典型应用场合

-- 目前应用还不多。

33

6. 反激DC-DC变换器总结

34

一般复杂一般小于2Vg大于0.5LCD吸收单反激

较不可靠复杂一般小于2Vg大于0.5有源吸收单反激

可靠简单一般小于2Vg大于0.5RCD吸收单反激

可靠简单2Vg /单反激Vg/双反激

小于0.5三绕组吸收单反激或二极管吸收双反激

可靠性复杂性有源开关的电压峰值可工作的最大占空比

变换器名称