反激变换器拓扑的电路设计

毕业论文（设计）论文题目：反激DC-DC功率变换器的拓扑分析学生姓名：学号：所在院系：电气信息工程学院专业名称：自动化届次：2013届指导教师：目录1 反激DC-DC功率变换器的拓扑简介 (2)1.1研究背景和研究目的 (2)1.2反激DC-DC功率变换器的发展现状 (2)1.3反激变换器的概述 (2)1.4反激DC-DC功率变换器的基本原理 (3)1.5反激变换器的类别和组成 (4)1.6反激DC-DC和正激DC-DC的区别 (4)2 反激DC-DC功率变换器存在的问题 (5)3 结果与分析 (6)3.1反激变换器分析 (6)3.1.1不同输入电压下的变压器电压波形 (7)3.1.2反激变换器的应用 (7)3.2二极管吸收双反激变换器分析 (7)3.2.1基本双反激变换器 (7)3.2.2二极管吸收双反激的工作原理 (8)3.2.3不同输入电压下的变压器电压波形 (9)3.2.4二极管吸收双反激变换器的应用 (10)3.3变压器磁阻研究 (10)3.4变压器磁芯研究 (11)3.5电路介绍 (12)4 问题与讨论 (12)参考文献 (14)2013届本科毕业论文反激DC-DC功率变换器的拓扑分析摘要: 本文通过multisim仿真工具与模型建立理论相结合，对该电源的仿真研究,优化了电源的基本参数。

从物理模型与磁芯模型两方面完成整个开关电压系统的仿真研究，最后对开关电源进行了稳定性分析，确定了其稳定工作的条件。

由于反激DC-DC功率变换器具有高可靠性、电路拓扑简洁、输入输出电气隔离、升／降范围宽、易于多路输出等优点。

因此，反激DC-DC功率变换器是中小功率开关电源理想的电路拓扑，有着重要意义。

关键词:功率变换器；电路拓扑；开关电源Topological analysis of flyback DC-DC converter—Analysis of flyback switching power supplyAbstract:This article through the multisim simulation tools combined with model theory, simulation research on the power supply, optimize the basic parameter of powersupply. From two aspects of physical model and the magnetic core model tocomplete the entire switch voltage system simulation research, and finally thestability analysis of switching power supply, its stable work conditions weredetermined. Because the flyback DC - DC power converter with high reliability,simple circuit topology, input and output electrical isolation, ascending/descendingrange wide, easy multiplexed output, etc. Therefore, flyback DC - DC powerconverter is an ideal circuit topology, small and medium-sized power switch powersupply has important significance.Keywords:power transformer; Circuit topology; Switching power supply前言反激DC-DC功率变换器的拓扑分析随着工业的高速发展，目前常用的线性电源和开关电源的直流稳压电源点，由于开关电源的硬件耗材比线性电源耗材少，对机器等指标的效果好，所以被广泛应用于运输、通信、仪器、军事、工业生产等领域正朝高功率密度、高变换效率、高可靠性、无污染的方向发展。

基于反激拓扑结构的充电桩开关电源电路设计当今社会，电动汽车成为了一种重要的交通工具。

而为电动汽车提供充电服务的充电桩也越来越受到人们的关注。

在充电桩中，开关电源电路是其中的关键部分之一、本文将基于反激拓扑结构，设计一种高效、稳定、可靠的充电桩开关电源电路。

首先，我们需要了解开关电源的工作原理和特点。

开关电源采用了开关元件（如MOS管）来控制电路的开关状态，通过周期性的开关动作将直流电压转换为需要的交流电压。

相比于传统的线性稳压电源，开关电源可以实现高效率的能量转换，并且在功率变化较大时有较好的稳压效果。

基于反激拓扑结构的开关电源电路可以分为输入端和输出端两个部分。

输入端主要由输入滤波器、整流桥和直流电容器组成，用于将输入的交流电压转换为直流电压。

输出端主要由变压器、整流滤波器和输出稳压电路组成，用于将直流电压转换为合适的交流电压。

为了提高电路的效率和稳定性，我们可以采用一些设计技巧和元器件。

首先，选择合适的开关元件和磁性元件非常重要。

开关元件需要具有低导通压降、低开关损耗和快速开关速度等特点；磁性元件需要具有合适的匝数比和磁芯材料，以提高能量转换效率和减小磁漏感应。

其次，通过合理的控制电路和反馈机制，可以实现电压的稳定输出和过载保护功能。

最后，可以适当地优化电路的拓扑结构和参数选取，以实现更高的效率和更好的抗干扰能力。

在设计过程中，我们还需要考虑到电路的安全性和可靠性。

电路应具有过流保护、过温保护等功能，以防止元器件的过载和损坏。

此外，还可以加入故障检测和自诊断功能，以提前发现和解决问题。

总之，基于反激拓扑结构的充电桩开关电源电路设计需要考虑到效率、稳定性、安全性和可靠性等方面的要求。

通过合理的设计和选取合适的元器件，可以实现高效、稳定、可靠的充电桩开关电源电路，为电动汽车提供可靠的充电服务。

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）合作举办的“TI 现场培训”课程，世纪电源网同意在 TI 网站上分享这些文档。

第二单元基本DC-DC变换器1.Buck变换器2.Boost变换器3.Buckboost变换器4.基本变换器总结12何为基本DC-DC 功率变换器？gV gI oI oV ont sT son T t d =由上图可知，当输入和输出不需要隔离时，一个最基本的DC-DC 功率变换器，其组成只能有也必须有下列四个元器件，它们分别是：有源开关（一般为MOSFET ），无源开关（一般为二极管），滤波电感和滤波电容。

到目前为止，最基本的DC-DC 功率变换器共有3个，它们分别是Buck （降压式）变换器，Boost （升压式）变换器和Buckboost （升降式）变换器。

为了方便推导DC-DC 功率变换器的稳态关系，在介绍具体的基本DC-DC 功率变换器之前，先介绍一种获得PWM DC-DC 功率变换器在CCM 下的稳态关系的简单方法----电感电压的伏秒平衡定律。

3电感电压的伏秒平衡定律对于已工作在稳态的DC-DC 功率变换器，有源开关导通时加在滤波电感上的正向伏秒一定等于有源开关截止时加在电感上的反向伏秒。

)(t V L )(t I LI gsV onT sT sonT T D =)(t V L 1L V 2L V )(t I L 1L I D 2L I D 1t D 2t D ttt因为：111)(t i L dt t dI LV L L L D D ==onT t ££02222)(t i L dt t dI L V L L L D D ==son T t T ££由于：01>L V 02<L V 所以：，，0111>D ´=D Lt V i L L 0222<D ´=D Lt V i L L 稳态时，必有：21L L i i D -=D 否则的话，电感电流会朝一个方向增加而使电感饱和，并致电路工作不正常。

ACDCPWM方式反激式转换器设计方法AC/DCPWM方式反激式转换器是一种常见的开关电源电路，用以将交流电压转换为直流电压。

它的工作原理是通过控制开关管的导通与断开，来调整输出直流电压的大小与波形，从而实现电能的转换与稳定供电。

AC/DC PWM方式反激式转换器的设计需要考虑多个因素，包括输入电压范围、输出电压、输出电流、效率、稳定性等。

下面将详细介绍一种基于Flyback拓扑的AC/DC PWM方式反激式转换器的设计方法。

1.确定输入与输出参数：首先需要确定输入电压范围，例如100V-240V；输出电压与电流需求，例如12V输出电压，1A输出电流。

2.确定开关频率与变压器参数：开关频率的选择需要考虑电路的效率与滤波器的设计，通常选择50kHz-1MHz之间。

根据输出功率与输入电压，可以计算得到所需的变压器变比（duty cycle = 输出电压 / 输入电压）。

3.设计基本电路拓扑：基于Flyback拓扑的AC/DC PWM方式反激式转换器包括一个开关管、一个变压器、一个滤波器与一个稳压电路。

开关管可以选择MOSFET或IGBT，滤波器常使用电容与电感。

稳压电路的设计可选择反馈控制方法，如基于反馈控制的PID控制电路。

4.控制电路设计：控制电路包括反馈电路与PWM控制电路。

反馈电路可以测量输出电压，与给定的参考电压进行比较，通过反馈控制电路来调整开关管的导通与断开时间，从而保持输出电压稳定。

PWM控制电路负责产生一定的开关信号频率与占空比。

5.稳定性与保护措施：为了保证电路的稳定性与安全性，设计中需考虑电路的过电流保护、过温保护、过压保护等。

过电流保护可通过电流传感器实现，过温保护可通过温度传感器实现，过压保护可通过过压保护电路实现。

6.PCB设计与元件选择：在进行PCB布局设计时，需要合理布局各个功能模块以及相应的管脚连接。

同时，元件的选择需要考虑其性能、可靠性与成本等因素。

7.仿真与调试：在设计完成后，可以使用仿真软件进行电路性能分析，如输出波形、效率、功耗等。

反激变换器拓扑的电路设计第一步是选择开关管。

开关管是反激变换器中起关键作用的元件之一，其选择应考虑电流承载能力、导通和关断损耗等因素。

常用的开关管有MOSFET和IGBT，其中MOSFET适用于低功率电源，IGBT适用于中高功率电源。

根据负载功率和输入电压范围，选择合适的开关管型号。

第二步是变压器的设计。

变压器是反激变换器中的另一个关键元件，用于将输入电压转换为所需的输出电压。

根据负载功率、输入电压和输出电压的比例关系，可以计算出变压器的变比。

变压器的设计还需考虑绕组的选取和匝数的计算。

一般情况下，主绕组的匝数可以根据输入电压、输出电压和负载电流来计算，而副绕组的匝数可以根据变比关系来计算。

第三步是整流二极管和电容的选择。

整流二极管用于将变压器输出的交流电转换为直流电，电容则用于平滑直流电压。

在选择整流二极管时，要考虑工作频率、反向电压和导通压降等因素。

而电容的选择要考虑额定电压、容量和损耗等因素。

第四步是进行参数计算。

通过计算各元件的参数，可以进一步优化电路的性能。

例如，计算开关频率、输入电压和输出电流的波形，以及开关管和变压器的功率损耗。

最后一步是进行电路优化。

反激变换器的性能很大程度上取决于电路布局、元件的安装和接线等因素。

优化电路可以采取以下措施：1.合理布局各元件，减少开关管和变压器之间的互感耦合。

2.选择高效率的开关管和变压器。

3.增加滤波电容和磁珠，减少电磁干扰。

4.使用电流采样电阻和反馈回路，实现过流保护和稳定输出。

总结起来，反激变换器拓扑的电路设计主要包括选择开关管、设计变压器、选择整流二极管和电容、进行参数计算和进行电路优化等步骤。

通过合理的设计和优化，可以实现高效率、稳定性好的反激变换器电路。

反激式（Flyback）开关电源拓扑是一种非隔离的电压型转换器，它使用了磁能存储元件（如铁氧体磁芯）来提供能量，并在开关管导通时利用磁能在输出端产生一个反电动势，从而实现能量的转换。

反激式开关转换器主要由两个部分组成：主电路和控制电路。

主电路包括一个开关管和一个磁能存储元件，控制电路则包括一个驱动器（如MOSFET驱动器）、一个电流传感器和一个电压传感器。

在反激式开关变换器的工作过程中，首先通过驱动器控制开关管的通断，从而控制磁能的存储和释放。

当开关管导通，磁能存储元件中的磁能被释放，形成一个反电动势。

这个反电动势与输入电压的相位不同，从而在输出端产生了一个与输入电压相反的电压。

通过测量输出电压和电流的波形，可以得到反激式开关转化器的效率、功率因数等参数。

反激式开关转变器结构简单，效率较高，但输出电压的调节较为复杂，且需要较大的输出滤波电容。

反激式(RCD)开关电源原理及设计[导读]因该电源是公司产品的一个配套使用，且各项指标都不是要求太高，故选用最常用的反激拓扑，这样既可以减小体积（给的体积不算大），还能降低成本，一举双的！反激拓扑的前身是Buck-Boost变换器，只不过就是在Buck-Boost变换器的开关管和续流二极管之间放入一个变压器，从而实现输入与输出电气隔离的一种方式，因此，反激变换器也就是带隔离的Buck-Boost变换器。

先学习下Buck-Boost变换器：工作原理简单介绍下1.在管子打开的时候，二极管D1反向偏置关断，电流Is流过电感L，电感电流IL线性上升，储存能量！2.当管子关断时，电感电流不能突变，电感两端电压反向为上负下正，二极管D1正向偏置开通！给电容C充电及负载提供能量！3.接着开始下个周期！从上面工作可以看出，Buck-Boost变换器是先储能再释放能量，VS不直接向输出提供能量，而是管子打开时，把能量储存在电感，管子关断时，电感向输出提供能量！根据电流的流向，可以看出上边输出电压为负输出！根据伏秒法则Vin*Ton=Vout*ToffTon=T*DToff=T*（1-D）代入上式得Vin*D=Vout*（1-D）得到输出电压和占空比的关系Vout=Vin*D/（1-D）看下主要工作波形从波形图上可以看出，晶体管和二极管D1承受的电压应力都为Vs+Vo（也就是Vin+Vout）；再看最后一个图，电感电流始终没有降到0，所以这种工作模式为电流连续模式（Ccm 模式）。

如果再此状态下把电感的电感量减小，减到一定条件下，会出现这个波形！从上图可以看出，电感电流始终降到0后再到最大，所以这种模式叫不连续模式（DCM 模式）。

把上边的Buck-Boost变换器的开关管和续流管之间加上一个变压器就会变成反激变换器！还是和上边一样，先把原理大概讲下：1.开关开通，变压器初级电感电流在输入电压的作用下线性上升，储存能量。

反激式(RCD)开关电源原理及设计[导读]反激拓扑的前身是Buck-Boost变换器，只不过就是在Buck-Boost变换器的开关管和续流二极管之间放入一个变压器，从而实现输入与输出电气隔离的一种方式，因此，反激变换器也就是带隔离的Buck-Boost变换器。

关键词：反激式开关电源因该电源是公司产品的一个配套使用，且各项指标都不是要求太高，故选用最常用的反激拓扑，这样既可以减小体积（给的体积不算大），还能降低成本，一举双的！反激拓扑的前身是Buck-Boost变换器，只不过就是在Buck-Boost变换器的开关管和续流二极管之间放入一个变压器，从而实现输入与输出电气隔离的一种方式，因此，反激变换器也就是带隔离的Buck-Boost变换器。

先学习下Buck-Boost变换器工作原理简单介绍下1.在管子打开的时候，二极管D1反向偏置关断，电流Is流过电感L，电感电流IL线性上升，储存能量！2.当管子关断时，电感电流不能突变，电感两端电压反向为上负下正，二极管D1正向偏置开通！给电容C充电及负载提供能量！3.接着开始下个周期！从上面工作可以看出，Buck-Boost变换器是先储能再释放能量，VS不直接向输出提供能量，而是管子打开时，把能量储存在电感，管子关断时，电感向输出提供能量！根据电流的流向，可以看出上边输出电压为负输出！根据伏秒法则Vin*Ton=Vout*ToffTon=T*DToff=T*（1-D）代入上式得Vin*D=Vout*（1-D）得到输出电压和占空比的关系Vout=Vin*D/（1-D）看下主要工作波形从波形图上可以看出，晶体管和二极管D1承受的电压应力都为Vs+Vo（也就是Vin+Vout）；再看最后一个图，电感电流始终没有降到0，所以这种工作模式为电流连续模式（Ccm模式）。

如果再此状态下把电感的电感量减小，减到一定条件下，会出现这个波形！从上图可以看出，电感电流始终降到0后再到最大，所以这种模式叫不连续模式（DCM模式）。

以下是一个适合输出低电压大电流的拓扑结构——反激式变换器。

反激式变换器是一种常用的开关电源变换器，它具有结构简单、成本低、易于实现大功率输出等优点。

它的工作原理是利用变压器将输入电压和输出电压进行隔离，通过控制开关管的导通和关断时间来调整输出电压的大小和电流的流向。

在反激式变换器中，当输入电压较低时，变压器可以起到隔离和缓冲的作用，使输出电压不会受到输入电压波动的影响。

同时，由于反激式变换器采用开关电源的方式，它可以在较低的输入电压下实现较大的输出电流，因此在一些需要大电流输出的应用场景中具有广泛的应用前景。

为了实现更低电压大电流的输出，可以采用以下几种方法：
1. 采用更高功率密度的变压器：在反激式变换器中，变压器是决定功率密度的关键元件之一。

通过采用更高功率密度的变压器，可以提高输出电压和电流的同时，减小变压器的体积和重量，从而降低成本和提高了效率。

2. 采用多级变换：对于需要更大输出电流的应用场景，可以采用多级变换的方式来实现。

通过将输入电压经过多个反激式变换器逐级升压和降压，可以实现更低电压和大电流的输出。

这种方式可以提高系统的稳定性和可靠性，同时降低成本和提高了效率。

3. 采用先进的控制策略：反激式变换器的控制策略对输出电压和电流的稳定性具有重要影响。

采用先进的控制策略，如脉宽调制（PWM）和零电压开关（ZVS）等，可以更好地调整输出电压和电流，提高系统的效率和控制精度。

综上所述，反激式变换器是一种适合输出低电压大电流的拓扑结构，通过采用更高功率密度的变压器、多级变换和先进的控制策略等方法，可以实现更低电压和大电流的输出，同时降低成本和提高效率。

基于反激变换器拓扑结构的辅助电源设计摘要：介绍了反激变换器的基本原理、拓扑结构、应用范围。

重点阐述了反激变换器的三种工作模式及在不同模式下的电流、电压变化情况，随后提出了RCD 吸收电路，最后设计出了一种基于反激变换器原理输出 12V和9V直流电源拓扑，重点介绍了TOPSwitch开关控制芯片并详细介绍了辅助电源设计步骤，论证了设计的合理性。

关键词：反激变换器；RCD吸收电路；TOPSwitch；辅助电源0 引言反激变换器的拓扑在输出功率为5~150W电源中应用非常广泛。

它最大的优点是不需要接输出滤波电感，使反激变换器成本降低，体积减小。

这种拓扑广泛应用于高电压、小功率场合（电压不大于5000V，功率小于15W）。

当直流输入电压较高（不小于160V）、初级电流适当时，该拓扑也可以用在输出功率达到150W的电源中。

由于输出端可不接滤波电感，该拓扑在高压不是很高的场合下很有优势，相反，正激变换器由于输出滤波电感必须承受高压而带来了很多问题。

此外，反激变换器不需要高压续流二极管，使它在高电压场合下应用更有利。

输出功率为50~150W且有多组输出的变换器也常常采用这种拓扑。

由于不需要输出电感，输入电压和负载变化时反激变换器的各输出端都能很好地跟随调整。

只要变压器匝比取得合适，直流输入从低至5V到常用的有115V交流整流得到的160V的场合，都可采用反激拓扑。

若选择合适的匝比，则这种拓扑也可用于由220V交流整流得到的320V的场合。

1反激变换器稳态分析1.1 反激变换器稳态原理反激变换器电路拓扑，如图1所示，变压器兼起储能电感作用。

根据电感电流是否连续将反激变换器分成电感电流连续模式（CCM）、电流临界连续模式、电流断续模式（DCM）。

不同模式时电感电流波形，如图2所示，图中i1，i2分别为反激变换器变压器原副边电感电流，D为开关S的占空图1反激变换器电路拓扑比，Ts为变换器开关周期。

T s D T s (1+D)T s1i 1i 1i 2i 2i 2i )a ()b ()c (C C M 模式D C M 模式电流临界连续模式图2 电感L 1和L 2的电流波形1.2 电流连续模式电流连续模式表示副边电感电流i 2在开关S 截止期间没有下降到零。

反激变压器设计实例(二)反激变压器设计实例（二）目录反激变压器设计实例（二） (2)导论 (2)一．自跟踪电压抑制. 错误!未定义书签。

2. 反激变换器“缓冲”电路 (8)3. 选择反击变换器功率元件 (10)3.1 输入整流器和电容器 (11)3.2 原边开关晶体管 (11)3.3 副边整流二极管 (12)3.4 输出电容 (13)4. 电路搭接和输出结果 (14)总结 (15)导论前面第一节已经将反激变换器的变压器具体参数计算出来，这里整个反激电路最核心的部件已经确定，我们可以利用saber建立电路拓扑，由saber得出最初的输出参数结果。

首先进行开环控制，输出电容随便输出一个值（由于C1作为输出储能单元，其容值估算应考虑到输出的伏秒，也有人用1~2uF/W进行大概估算），这里选取1000uF作为输出电容。

初始设计中的输出要求12V/3A，故负载选择4欧姆电阻，对于5V/10A 的输出，通过调节负载和占空比可以达到。

由实际测量可得，1mm线径的平均电感和电阻值分别为6uH/匝和2.6mΩ/匝，寄生电感通常为5%，由于副边匝数较少，可不考虑寄生电感，所以原边寄生电感为27uH，电阻为11.57mΩ，最终结果如图1所示。

图1.反激电路主拓扑电压反激到该值，此时二极管导通并保持电压为常数（与得到的能量相比较大）。

在钳位作用结束时，上的电压比开始值稍高。

在周期的维持阶段，由于向放电，上的电压回到他原来的值。

因此多余的反激能量消耗在上。

如果所有的条件保持恒定，减小的值或漏感，钳位电压就会减小。

图3.用于反激变换器原边降低应力的自跟踪集电极电压箝位图4.集电极电压波形，表示电压箝位作用由于反激超调具有有用的功能，因此不希望使钳位电压太低。

在反激作用期间，它提供附加的电压以驱动电流进入副边漏感。

这使变压器副边反激电流更加快速增加，改善了变压器效率并减小了上的损耗。

这对低电压、大电流的输出尤为重要，因为此时漏感相对较大。

单端反激式变换器拓扑结构
单端反激式变换器是一种常见的拓扑结构，广泛用于电源和电子设备中。

它是一种简单而有效的电路设计，可将直流电压转换为所需的交流电压。

单端反激式变换器的基本原理是通过切割输入电源的直流电压，经过变压器和开关器件的工作周期性地产生一个脉冲信号，然后经过滤波电路将其转换为平滑的交流电压输出。

在变换器的正常工作过程中，开关器件会周期性地开关。

当开关器件关闭时，电感储存了一定的能量，并将其释放到输出负载中。

这种反激作用使得输出电压能够稳定，且能够提供相当大的功率输出。

单端反激式变换器的拓扑结构相对简单，仅包含一个开关器件（通常为MOSFET或IGBT）、一个电感器件和一个滤波电容。

这使得单端反激式变换器具有较高的效率和可靠性。

与其他拓扑结构相比，单端反激式变换器的设计和调整较为简单。

它可以通过改变开关器件和电感器件的参数来调整输出电压和输出功率。

此外，它还具有较少的电磁干扰和较低的成本。

单端反激式变换器是一种常见且可靠的拓扑结构，适用于各种电源和电子设备。

它的简单性、高效性和可调性使其成为电力电子领域中的重要技术。

基于反激式电路拓扑的DC/DC变换器并联输出的均流变换器设计本文主要通过对Droop法DC/DC变换器并联均流技术的研究，设计了一种基于反激式电路拓扑的两个DC/DC变换器并联输出的均流变换器。

单端反激电路的电路拓扑及工作原理电路拓扑图1 反激式变换器反激式变换器是在基本Buck-Boost变换器中插入变压器形成的，线路组成见图1所示。

变压器原边绕组其实是充当一个储能电感的作用，后文将叙述到初级电感量的设计将影响到反激式变换器的工作模式。

电路工作的第一阶段是能量存储阶段，此时开关管Tr导通，原边绕组电流Ip的线性变化遵循式(1)。

(1)电路工作的第二阶段是能量传送阶段，此时开关管Tr关断，原边电流为零，副边整流二极管D导通，出现感生电流。

并且按照功率恒定原则，副边绕组安匝值与原边安匝值相等。

副边绕组电流Is遵循式(2)。

(2)其中为副边绕组电压，为变压器副边的等效电感。

电路工作模式(1)工作模式改变的条件如图1所示的变换器，设开关管导通占空比为D1，二极管导通占空比为D2，工作周期为Ts，按稳态电感电流增量相等原则有：(3)连续模式时，D1期间(开关管导通，二极管截止)存储在L上的能量在D2期间(开关管截止，二极管导通)没有完全放完，故有：(4)不连续模式时，D1期间(开关管导通，二极管截止)存储在L上的能量在小于D2期间(开关管截止，二极管导通)已完全放完，故有：(5)从而可以推导临界连续的条件是：D1+D2=1且每周期开始时的IP=0故有：(6)其中，Lc为临界连续的电感值。

代入式(3)有：(7)。