反激变换器电路

在电子学中，调节器是一种可以不断调节功率输出的设备或机构。在电源领域有不同种类的调节器。但主要是在直流到直流转换的情况下，有两种类型的调节器可用：线性的或切换.

A.线性调节器使用电阻式电压降来调节输出。因此，线性调节器提供较低的效率，并以热量的形式损失功率。这个开关调节器使用电感器、二极管和电源开关将能量从其源传输到输出。

 

开关稳压器的类型

有三种类型的开关稳压器可供选择。

1.升压转换器（升压调节器）

2.降压转换器（降压调节器）

3.反激变换器（隔离调节器）

 

我们已经解释过了增压调节器和降压调节器电路。在本教程中，我们将描述反激调节器 环行.

 

这个降压调节器和升压调节器之间的差异是的，在降压调节器中，电感器、二极管和开关电路的布置与升压调节器不同。此外，在升压调节器的情况下，输出电压高于输入电压，但在降压调节器中，输出电压将低于输入电压。降压拓扑或降压转换器是开关电源中最常用的基本拓扑之一这是一个流行的选择，我们需要将较高的电压转换为较低的输出电压。

 

除了这些调节器之外，还有另一种调节器，它是所有设计师的热门选择，那就是反激调节器或反激转换器这是一种通用拓扑，可以在需要来自单个输出电源的多个输出的情况下使用。不仅如此，反激式拓扑结构允许设计者同时改变输出的极性。例如，我们可以从单个转换器模块创建+5V、+9V和-9V输出。在这两种情况下，转换效率都很高。

 

Flyback转换器中的另一件事是电气隔离在输入和输出中。为什么我们需要隔离？在某些特殊情况下，为了最大限度地减少功率噪声和安全相关操作，我们需要隔离操作，其中输入源与输出源完全隔离。让我们探索一下基本的单输出反激操作。

 

反激变换器的电路操作

如果我们看到基本的单输出反激式设计，如下图所示，我们将确定构建反激式基本组件所需的基本主要组件。

 

基本的反激式转换器需要一个开关，可以是FET或晶体管、变压器、输出二极管、电容器。

最重要的是变压器.我们需要了解变压器的工作在理解实际电路操作之前。

 

变压器由至少两个电感器组成，称为次级线圈和初级线圈，缠绕在线圈架中，中间有一个铁芯。磁芯决定磁通密度，磁通密度是将电能从一个绕组转移到另一个绕组的重要参数。另一件最重要的事情是变压器定相，初级绕组和次级绕组中显示的点。

此外，正如我们所看到的，PWM信号连接在晶体管开关两端。这是由于开关的断开频率和接通时间造成的。PWM代表脉宽调制技术.

 

在反激调节器中有两个电路操作，一个是接通阶段当变压器的初级绕组充电时，以及另一个是关闭或转移阶段当电能从一次侧转移到二次侧并最终转移到负载时。

 

如果我们假设开关已关闭很长一段时间，则电路中的电流为0，并且不存在电压。

在这种情况下，如果开关接通那么电流将增加，电感器将产生电压降，该电压降是点负的，因为初级虚线端的电压更负。在这种情况下，由于堆芯中产生的通量，能量流向次级。在次级线圈上，电压以相同的极性产生，但电压与次级线圈与初级线圈的匝数比成正比。由于点负电压，二极管被关闭，次级中没有电流流动。如果电容器在上一次开关断开-接通循环中充电，则输出电容器将仅向负载提供输出电流。

 

在下一阶段，当开关关闭时，流过初级的电流减少，从而使次级点端更为正。与前一个接通阶段相同，初级电压极性在次级上也产生相同的极性，而次级电压与初级和次级绕组比成比例。由于点正端，二极管导通，变压器的次级电感器向输出电容器和负载提供电流。电容器在ON循环中失去了电荷，现在它再次被重新充电，并能够在开关ON时间内向负载提供充电电流。

在整个开关接通和断开循环中，输入电源和输出电源之间不存在电气连接。因此，变压器将输入和输出隔离。

 

有两种操作模式取决于开关的接通和断开定时。反激转换器可以在连续模式或不连续模式.

在里面连续模式，在初次充电之前，电流变为零，循环重复。另一方面，在不连续模式，下一个循环仅在初级电感器电流变为零时开始。

 

效率反激转换器的

现在，如果我们研究效率，即输出功率与输入功率的比值：

（磅/针）x 100%

 

由于能量既不能被创造也不能被破坏，只能被转换，大多数电能将未使用的能量释放成热量。此外，在实践领域也没有理想的情况。效率是选择电压调节器的一个重要因素。

 

开关稳压器的主要功率损耗因素之一是二极管。正向电压降乘以电流（Vf x i）是未使用的瓦数，它被转换成热量并降低开关调节器电路的效率。此外，这是用于热/热管理技术的电路的额外成本，例如使用散热器或风扇来从耗散的热量中冷却电路。硅二极管的正向电压降、反向恢复不仅会产生不必要的功率损失，还会降低整体效率。

 

避免使用标准恢复二极管的最佳方法之一是使用具有低正向电压降和更好反向恢复的肖特基二极管。在另一个方面，开关已经改变为现代MOSFET设计，其中在紧凑和更小的封装中提高了效率。

尽管开关稳压器具有更高的效率、固定的设计技术、更小的组件，但它们比线性稳压器噪音大，但仍然广受欢迎。

 

LM5160反激变换器的设计实例

我们将使用来自德州仪器公司的反激式拓扑结构。该电路可以在数据表中找到。

这个LM5160型包括以下功能-

• 宽4.5V至65V输入电压范围
• 集成高端和低端开关
  
  • 不需要外部肖特基二极管
• 2-A最大负载电流
• 自适应恒定接通时间控制
  
  • 无外部回路补偿
  • 快速瞬态响应
• 可选择的强制PWM或DCM操作
  
  • FPWM支持多输出Fly-Buck
• 几乎恒定的开关频率
  
  • 电阻器可调高达1 MHz
• 程序软启动时间
• 预偏置启动
• ±1%反馈参考电压
• LM5160A允许外部VCC偏置
• 鲁棒设计的固有保护特性
  
  • 峰值电流限制保护
  • 可调输入UVLO和滞后
  • VCC和栅极驱动UVLO保护
  • 带滞后的热停堆保护
• 使用WEBENCH®Power Designer使用LM5160A创建自定义设计

 

它支持4.5V至70V的宽输入电压范围作为输入，并提供2A的输出电流。我们还可以选择强制PWM或DCM操作。

 

LM5160引脚

 

 

该IC没有DIP封装或易于焊接的版本，尽管这是一个问题，但该IC节省了大量PCB空间，并比PCB散热片具有更高的热性能。引脚图如上图所示。

 

绝对最大额定值

我们需要小心IC的绝对最高评级。

 

SS和FB引脚具有低电压容差。

 

反激变换器电路图及工作

通过使用此LM5160，我们将根据以下规范模拟12V隔离电源。我们选择了电路，因为制造商网站上提供了所有信息。

 

 

该示意图使用了大量组件，但理解起来并不复杂。输入端的C6、C7和C8用于过滤输入电源。而R6和R10用于欠压锁定相关的目的。R7电阻器用于与接通时间相关的用途。此引脚可使用简单的电阻器进行编程。连接在SS引脚两端的C13电容器是软启动电容器。AGND（模拟接地）和PGND（电源接地）以及PAD与电源GND相连。在右侧，C5，0.01uF电容器是用于偏置栅极驱动器的自举电容器。其中R8和R9向LM5160的反馈引脚提供反馈电压。这两个电阻器的比例决定了输出电压。C10和C11用于初级非隔离输出滤波。

 

一个主要的组成部分是T1。它是一个耦合电感器，在初级和次级两侧都有一个60uH电感器。我们可以选择以下规格的任何其他耦合电感器或深褐色电感器-

1. 匝数比SEC:PRI=1.5:1
2. 电感=60uH
3. 饱和电流=840mA
4. 直流电阻PRIMARY=0.071欧姆
5. 次级直流电阻=0.211欧姆
6. 频率=150 kHz

C3用于EMI稳定性。D1是转换输出的正向二极管，C1、C2是滤波器帽，R2是启动所需的最小负载。

那些想为自定义规格制造电源并想计算其价值的人，制造商提供了出色的Excel工具只需简单地放置数据，excel就会根据数据表中提供的公式计算组件值。

制造商还提供了香料模型以及完整的示意图，可以使用德克萨斯仪器公司自己的基于spice的模拟工具TINA-TI进行模拟。以下是使用制造商提供的TINA-TI工具绘制的示意图。

 

仿真结果可以显示在下一张图像中，其中可以显示完美的负载电流和电压-