反激变压器设计实例（二）
目录
反激变压器设计实例（二） (1)
导论 (1)
一．自跟踪电压抑制 (2)
2. 反激变换器“缓冲”电路 (4)
3. 选择反击变换器功率元件 (5)
3.1 输入整流器和电容器 (5)
3.2 原边开关晶体管 (5)
3.3 副边整流二极管 (5)
3.4 输出电容 (6)
4. 电路搭接和输出结果 (6)
总结 (7)
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
图2.开关管电压、输出电压、输出电流
首先由输出情况可以看出，变压器的设计还是满足要求的。查看图2中开关管电压曲线可以看出，其开关应力过高，不做处理会导致开关管导通瞬间由于高压而击穿。
在反激变换器中，有两个主要原因会引起高开关应力。这两个原因都与晶体管自带感性负载关断特性有关。最明显的影响是由于变压器漏感的存在，集电极电压在关断边沿会产生过电压。其次，不是很明显的影响是如果没有采用负载线整形技术，开关关断期间会出现很高的二次测击穿应力。
一．自跟踪电压抑制
当警惕管所在电路中带感性或变压器负载，在晶体管关断时，由于有能量存储在电感或变压器漏感的磁场中，在其集电极将会产生高压。
在反激变换器中，储存在变压器中的大部分能量在反激期间将会传递到副边。可是由于漏感的存在，在反激期间开始时，除非采用一定形式的电压抑制，集电极电压会有增加的趋势。在图3中，变压器漏感、输出电容电感和副边电路的回路电感集中为L TL，并折算到变压器原边与原边主电感L p相串联。
考虑在关断后紧接着导通这个动作，在此期间T1原边绕组中已建立电流。当晶体管Q关断
时，由于反激作用所有的变压器电压会反向。不考虑输出整流二极管压降，副边电压V s不会超过输出电压V c。由于漏感L TL，Q的集电极部分地脱离该钳位作用，而储存在L TL中的能量将使集电极电压更加正。
如果没提供钳位电路D2、C2，由于储存在L TL中的能量会重新进入Q集电极的漏电容中，则反激电压将高到具有破坏性的程度。
可是在图3中，稳态条件下要求的钳位作用由元件D2、C2和R2提供。C2的电压充到比反馈回来的副边反激电压稍高一些。当Q关断，集电极电压反激到该值，此时二极管D2导通并保持电压为常数（C2与得到的能量相比较大）。在钳位作用结束时，C2上的电压比开始值稍高。
在周期的维持阶段，由于向R2放电，C2上的电压回到他原来的值。因此多余的反激能量消耗在R2上。如果所有的条件保持恒定，减小R2的值或漏感L TL，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R2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。所以选择较低的R2值，导致钳位电压太低是错误的。最大允许的原边电压超调量由晶体管V CEX额定值控制，应不低于反馈的副边电压的30%。如需要，应使用较少的副边匝数。
如果储存在L TL中的能量较大，要避免R2上有过多的损耗，则要用能量恢复绕组和二极管来替代该电网络，就像在正激变换器中使用的一样。这可将多余的反激能量送回电源。
很明显，为了高效率并使Q上的应力最小，漏感L TL应尽可能小。这可由变压器原副边良好的绝缘来得到。同时也需要选择具有最小电感的输出电容，并且最重要的是副边电路的回路电感应最小。后者可通过使导线与变压器尽可能近耦合，且合理绕制而得到。音质电路板的走线应成对平行紧密耦合，距离要小。主意这些细节会提供高效率、好的调节性以及在反激电源中有好的交叉调节性。
2. 反激变换器“缓冲”电路
副边的击穿应力问题常由“缓冲电路”来解决。图5表示一典型电路。缓冲网络的设计在后续的文章中会详细进行介绍。
在离线反激变换器中为了减少副边击穿应力，需要在开关晶体管两端跨接缓冲网络。同时常常需要缓冲整流二极管来减少击穿应力以及RF辐射问题。
在图5中，典型反激变换器的缓冲元件D s、R s、和C s跨接在Q两端，其作用是在Q关断时为原边感应驱动电流提供旁路和减少Q集电极的电压变化率。
工作原理如下：当Q开始关断时，其集电极上的电压将会升高，原边电流将经过二极管D s转移到电容C s。晶体管Q关断非常快，其集电极上的dv/dt将由关断时集电极原有的电流和C s的值来决定。
集电极的电压会突然升高，直到限定值（2V cc）。很短时间后，由于漏感，输出副边绕组上的电压将达到V sec（等于输出电压加二极管压降），反击电流将由原边交换到副边，经D1建立的电流速率由副边漏感决定。
实际上，Q不会立即关断，如果要避免副边击穿电压，缓冲元件用这样选择，使得Q集电极上的电压在电流降到零之前不超过V ceo，如图6所示。
图5.用于离线反激变换器集电极的耗能缓冲电路
