單端反激電路工作原理及輸出波形（三種工作模式）

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，從而在每一個周期內(nèi)對前一個周期的輸出電壓和初級線圈充磁峰值電流進行有效調(diào)節(jié)，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。這種反饋控制電路的最大特點是：在輸入電壓和負載電流變化較大時，具有更快的動態(tài)響應(yīng)速度，自動限制負載電流，補償電路簡單。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，該反饋取樣與基準電壓Uref通過誤差放大器A1產(chǎn)生誤差信號Ue（該信號也是A2的比較箝位電壓）。

設(shè)場效應(yīng)管Q1導(dǎo)通，則電感電流iL以斜率Ui/L線性增長，L為T1的原邊電感，電感電流在無感電阻R1上采樣u1=R1iL，該采樣電壓被送入電流檢測比較器A2與來自誤差放大器的Ue進行比較，當u1》Ue時，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;當時鐘輸出高電平時，或非門U1始終輸出低電平，封鎖PWM，在振蕩器輸出時鐘下降的同時，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信號的上升沿由振蕩器時鐘信號的下降沿決定，而PWM的下降沿則由電感電流的陷值信號和來自誤差放大器的誤差信號共同決定，其工作時序如圖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，變壓器一次側(cè)線圈內(nèi)不斷儲存能量;而開關(guān)管關(guān)斷時，變壓器將一次側(cè)線圈內(nèi)儲存的電感能量通過整流二極管給負載供電，直到下一個脈沖到來，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：一是通過它實現(xiàn)電場—磁場—電場能量的轉(zhuǎn)換，為負載提供穩(wěn)定的直流電壓;二是可以實現(xiàn)變壓器功能，通過脈沖變壓器的初級繞組和多個次級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，開關(guān)占空比大，副邊二極管未關(guān)斷時MOS管就會開通，其工作過程沒有原副邊電流同時為0的情況，即工作在連續(xù)模式，其工作波形如圖表2所示。

工作過程分析如下：

1）t0時刻之前，開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，原邊電流上升，變壓器儲能，原邊電壓為正，副邊電壓為負，電容C1上對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，兩者同時過0，然后各自達到最小值和最大值，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）這個過程中，由于漏感上的電流不能突變，開始對C1充電，C1不再減小，有增大的趨勢。

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

4）t2~t3時刻。t2時刻關(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時刻達到最大值和最小值。（b）該過程中電流有一個很大的尖峰，該尖峰產(chǎn)生的原因有兩個方面：第一、由于副邊電流未減小到0時被強迫關(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時刻達到最小值；

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

（2）斷續(xù)工作模式

反激電源在空載或者輕載時有可能工作在斷續(xù)模式?？蛰d或輕載時，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程如圖表3所示。

其工作過程如下：

1）t0時刻之前、t0~t1時刻工作狀態(tài)跟連續(xù)模式相同；

2）t1~t2時間。該時間段可以分為兩個時間段。（a）副邊電流線性下降，變壓器的儲能向副邊釋放，原邊電壓為負值，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時刻開通MOS管；

3）t2~t3時間。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時刻達到最小值；

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

（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)模式的一個過渡，可以當作連續(xù)模式分析與可以當作斷續(xù)模式分析。

其工作過程與連續(xù)模式基本相同，不同之處有兩點：

1）t1~t2階段結(jié)束，在t2時刻，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來，這一點同斷續(xù)模式一致。