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反激式電源的工作原理和應用

電子工程師 ? 來源: 李鴻洋 ? 作者: 李鴻洋 ? 2022-03-23 10:21 ? 次閱讀

要說反激式拓撲電源,由于其價格低廉,結構簡單,在輸出功率150W范圍內應用極為廣泛,這里有一個重要的磁性元器件,就是我們通常說的“變壓器”,乍一看,的確是變壓器的樣子,有電氣隔離,還可以完成變壓(在開關電源中一般為降壓,得到一組或多組低壓直流輸出),但是大家從它的工作方式看一下,就可以立刻明白這里的變壓器其實質是一個儲能電感,承擔扮演整個輸出功率的儲能罐角色。

變壓器,一般扮演電氣隔離和能量傳輸變換,不承擔存儲能量的任務,唯一的存儲能量就是我們力求不斷要減少的勵磁能量而已。

如下是一個典型的反激式電源原理圖

反激式電源,是先把能量存儲在電感磁芯中,然后再釋放,一個周期完成能量的存儲和釋放(釋放后,供負載消耗)。

打個比方,反激式電源的工作原理就如同讓人喝水一般,假如你家里來了客人或朋友,首先你得給人家一杯水吧,當然你不能讓人家拿著水壺喝吧,所以首先你要把水壺里的水(電源輸入能量來源)倒進水杯(反激儲能電感或“變壓器”)里,然后客人(負載)再喝水。

我們的開關管(比如MOSFET)是最終的能量變換執行者,其它控制猶如人的大腦,所以我們把開關管比做“主人”。

所以我們把系統中的執行機構做一個類比,如下

從上面可知,反激式電源能量傳輸和釋放不是一個同步過程,必須是在開關管(比如MOSFET)開通時先存儲能量到電感(習慣叫做“變壓器”),然后在開關管關斷后再釋放能量到負載。

那么反激式電源如何完成這一過程的呢?答案就是反激式變壓器(實質還是電感,幾個繞組交換能量,其實就是耦合電感的作用)的同名端和異名端的排布。同名端和異名端是針對線圈兩個及以上端子去定義的,實質是磁場的相互加強或削弱,但在電感線圈或變壓器線圈方面,我們經常用作極性判斷,互為同名端的兩個線圈端的極性總是保持相同;互為異名端的兩個端極性總是保持相反,記住這個就夠了。

如下是反激式電源能量存儲和釋放過程的描述

開關管開通,電感存儲能量,開關管關斷電感釋放能量,存儲和釋放不同步,這就是反激式電源的特點,由于電感存儲和釋放能夠自動往復循環,電路并不需要特殊的去磁電路,吸收電路只是為吸收漏感能量而設置;真正意義上的變壓器就需要合理的去磁電路了,因為變壓器不以存儲能量為目的,它只是傳輸能量,并且能量的輸入和利用是同步進行的,勵磁電感的能量必須要得到釋放或者復位,這樣才能保證變壓器不會進入飽和,大家可以看一下正激電源的變壓器去磁原理,所以應用中必須明確電感和變壓器的不同。

還有大家明確一點,反激式電源的基礎拓撲是非隔離的Buck-Boost,它們的能量存儲和釋放方式是相同的,基礎拓撲是構成其它拓撲的基礎。

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