PSR_Flyback_原边反馈基本原理 [兼容模式]

Flyback 原边反馈(PSR)及多重模式(QR+CCM)控制器之应用作者:张伟群(Darron) 1.Flyback副边反馈(SSR)及原边反馈控制(PSR)背景说明Flyback电路电压环反馈控制分为副边(SSR)及原边(PSR)反馈电路,图1为SSR副边反馈电路,采用AP431内部的参考电压2.5V搭配外部反馈补偿电路调整,图2为PSR原边反馈电路,采用初级IC FB pin内部参考电压2V并搭配comp pin反馈补偿电路调整。

PSR原边反馈控制特性优点：电路组件少及成本优势适用于小型化设计缺点：因电压反馈响应速度慢于动态负载,电压调整率相较SSR略差些以PSR LD5523E2替换SSR LD5523说明两套方案Pin-Pin 可以直接替换,步骤说明如下步骤1：移除二次侧431及光耦合器参考图1红圈步骤2：Comp pin增加R C电路及输出加假负载参考图2红圈图1 LD5523 SSR原边反馈控制电路图图2 LD5523E2 PSR副边反馈控制电路图2.Flyback SSR及PSR功能及保护差异表1 说明SSR及PSR功能及保护差异3.PSR LD5523E2 特点1.QR+CCM 控制(Mulit-mode controller)QR+CCM控制主要对应能效DOE6及COC2的规范,当负载条件10%-50%操作在QR 模式波谷切换降低切换损失,负载条件75%-100%操作在CCM 提升满载时的效率,相较于QR控制的方案,QR+CCM控制变压器可降低Bmax及提升利用率。

M操作频率75KHZ(低压输入)及65KHZ(高压输入)低压输入CCM频率75KHZ设计可降低变压器磁饱和,高压输入系统操作在QR时可降低切换损失提升效率3.启动时调整Vcs_max 限制变压器磁饱和(Adjustable start-up Vcs-max limit for Bsat)当AC输入时初级的开关会提供最大的能量,使输出电压建立到设定的范围,此时为避免变压器有磁饱和的风险,调整CS pin串联电阻可以调整VCS_max level并限制能量。

反激式开关电源(flyback)是一种常见的电源结构，广泛应用于电子设备中。

它具有结构简单、成本低廉、效率高等优点，在消费电子、工业控制和通信设备等领域被广泛应用。

本文旨在介绍反激式开关电源环路设计的基础知识，包括工作原理、设计步骤和注意事项。

一、反激式开关电源的工作原理1.1 反激式开关电源的基本结构反激式开关电源由输入滤波器、整流桥、高频变压器、功率开关器件、输出整流滤波器、控制电路等组成。

其中，高频变压器是反激式开关电源的关键部件，通过变压器实现输入电压的隔离和变换，功率开关器件则控制变压器的工作状态，实现电源的调节和稳定输出。

1.2 反激式开关电源的工作原理反激式开关电源通过功率开关器件周期性地将输入电压斩波，将输入电能存储在变压器的磁场中，然后再将其转换为输出电压。

在工作周期的后半段，存储的能量释放到输出负载上，从而实现对输出电压的调节。

通过控制功率开关器件的导通时间和断态时间，可以实现对输出电压的调节和稳定。

二、反激式开关电源环路设计的基础知识2.1 反激式开关电源的设计步骤（1）确定电源的输入输出参数：包括输入电压范围、输出电压、输出电流、负载调整范围等；（2）选择功率开关器件和高频变压器：根据电源的输入输出参数和工作频率选择合适的功率开关器件和高频变压器；（3）设计反激式开关电源的控制电路：根据所选的功率开关器件和高频变压器设计相应的控制电路，包括PWM控制电路、电源启动电路等；（4）设计输入输出滤波器和保护电路：设计输入输出滤波器，保证电源的输入输出稳定和干净，设计过压、过流、过温等保护电路，保证电源的安全稳定工作。

2.2 反激式开关电源环路设计的注意事项（1）磁性元件的设计：高频变压器和输出感应元件的设计是整个反激式开关电源设计的关键，应合理设计磁芯、线圈匝数等参数，保证磁性元件承载功率、效率和体积的平衡；（2）功率开关器件的选择和驱动：应选择合适的功率开关器件，并设计合理的驱动电路，保证功率开关器件的可靠工作和转换效率；（3）控制电路的设计：应根据功率开关器件的工作特性和工作频率设计合适的PWM控制电路和反馈控制电路，保证电源的稳定可调；（4）输入输出滤波器和保护电路的设计：应合理设计输入输出滤波器和保护电路，保证电源的输入输出稳定和安全可靠。

flyback flybuck 组合可以承受高压原理-回复Flyback和Flybuck是两种常见的开关电源拓扑结构，它们在电力转换和电源管理领域被广泛应用。

本文将以"Flyback Flybuck组合可以承受高压原理"为主题，详细介绍这两种拓扑结构的工作原理、特点以及在高压应用中的优势和应用。

第一部分：Flyback拓扑结构Flyback拓扑结构，也被称为反激式变换器，是一种简单且经济的电源转换器。

它由一个能转换能量的开关管（开关管）和一个储能电感组成。

该结构的核心是通过储能电感储存电能，并将其传输到负载。

Flyback拓扑结构的工作原理是：当输入电压施加到开关管上时，它导通，电能储存在储能电感中；当开关管关闭时，储能电感中的电能转移到负载。

开关管的施加周期由控制器控制。

Flyback拓扑结构具有如下特点：1. 简单：Flyback拓扑结构由较少的元件组成，因此成本较低。

2. 隔离性：Flyback拓扑结构的输入和输出之间有一个电气隔离，可以提供更高的安全性。

3. 宽输入电压范围：Flyback拓扑结构可以适应较宽范围的输入电压，使其在多种应用中具有灵活性。

第二部分：Flybuck拓扑结构Flybuck拓扑结构是一种结合了Flyback和Buck两种拓扑结构的电源转换器。

它通过串联工作的开关电流感应器来达到隔离性，并通过脉宽调制器和反馈环路来实现稳定输出。

为了实现高压应用，Flybuck拓扑结构必须进行适当的设计和优化。

一种常见的方法是增加输入电容和输出电容来提高电源性能和筛选电阻。

此外，合适的输入和输出电感、功率开关和控制器的选择也非常重要。

Flybuck拓扑结构的优势和应用：1. 高效性：与传统隔离式拓扑结构相比，Flybuck拓扑结构具有更高的转换效率和功率密度。

2. 简化设计：由于Flybuck拓扑结构的隔离电路通过降压电感的电流传输来实现，因此可以简化设计并减少元件的数量。

FSR原边反馈反激式变换器及原理FSR（Flyback Switching Regulator）原边反馈反激式变换器是一种常见的开关电源拓扑结构，可以同时实现输入输出电压的隔离和转换。

本文将详细介绍FSR原边反馈反激式变换器的工作原理及其特点。

[图片]在FSR原边反馈反激式变换器中，电源输入通过变压器的一侧加入，并由输入电容进行滤波。

控制IC产生的PWM信号控制MOSFET的开关，将输入电压转换为短暂的高功率矩形脉冲，并传输给变压器。

由于变压器的变比，高功率脉冲信号被变压器转换为低功率矩形脉冲信号，然后通过输出二次侧的整流和滤波电路得到所需的输出电压。

1.输入滤波和整流：电源输入先通过输入电容进行滤波，降低电源噪声。

然后，经过整流电路将交流输入转换为直流输入。

2.反激开关：控制IC通过控制频率和占空比产生PWM信号，控制功率MOSFET的通断。

当MOSFET导通时，电源输入电源通过变压器传递到输出端；当MOSFET截止时，输出端的电压会产生反向电压，称为反激。

3.变压器：变压器是FSR变换器的核心组件。

它以一定的变比将输入电压转换为输出电压。

当功率MOSFET导通时，输入脉冲能量被储存在变压器的磁场中；当MOSFET截止时，储存在磁场中的能量通过变压器的绕组耦合到二次侧，并转换为输出电压。

4.输出整流和滤波：由于输出是交流信号，需要进行整流和滤波处理，将其转换为直流输出。

通常，采用整流二极管和输出电容来实现。

1.隔离性：由于变压器的存在，输入与输出之间具有隔离性，使输出与输入之间不会存在电气连接。

这保证了输出的安全性和稳定性。

2.最小化元件数量：FSR变换器相对于其他开关电源结构，所需元件数量较少，减小了系统的复杂性。

3.简化控制电路：FSR变换器采用原边反馈控制方式，可实现电流和电压双回路控制，简化了控制电路的设计。

4.可实现多输出：FSR变换器可通过变压器的设计来实现多种输出，满足不同应用的需求。

Flyback转换器电路是由Buck-Boost电路，利用磁性元件耦合的功能衍生而来，所以要探讨Flyback电路，必须先从Buck-Boost电路开始。

一、Flyback电路简介（一）Flyback电路架构Flyback变换器，俗称单端反激式DC－DC变换器，又称为返驰式(Flyback)转换器，或"Buck-Boost"转换器，因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量，因此得名.Flyback变换器是在主开关管导通期间，电路只储存而不传递能量；在主开关管关断期间，才向负载传递能量的一种电路架构。

（1）Flyback变换器理论模型如图。

（2）实际电路结构根据Flyback变压器的同名端绕制方式，有下面两种形式，这两个电路实质上是一样的。

当然，Flyback电路还有其他衍生形式（见附录I）。

（二）Flyback变换器优点（1）电路简单，能高效提供多路直流输出，因此适合多组输出的要求。

（2）转换效率高，损失小。

（3）匝数比值较小。

（4）输入电压在很大的范围内波动时，仍可有较稳定的输出，目前已可实现交流输入在 85～265V 间，无需切换而达到稳定输出的要求。

（三）Flyback变换器缺点（1）输出电压中存在较大的纹波，负载调整精度不高，因此输出功率受到限制,通常应用于150W 以下。

（2）转换变压器在电流连续(C.C.M.)模式下工作时，有较大的直流分量，易导致磁芯饱和，所以必须在磁路中加入气隙，从而造成变压器体积变大。

（3）变压器有直流电流成份，且同时会工作于C.C.M./D.C.M.两种模式，故变压器在设计时较困难，反复调整次数较顺向式多，迭代过程较复杂。

二、Buck －Boost 转换器工作原理所有的导出型转换器都保留其基本转换器的特性；要了解Flyback 转换器，要从其基本转换器Buck －Boost 电路开始。

（一）Buck －Boost 电路组成Buck －Boost 电路由一个开关晶体管，一个功率二极管，一个储能电感和一个输出电容组成，见图1。

开关电源原边反馈技术
原边反馈(PSR)简介
●在小功率消费类电子应用中，反激式电源是主流，因为反激式电源非常适合小功率段，同时天然提供了隔离的效果。

●隔离后，如果要检测输出的情况，需要用隔离元件，比如光耦等，这样就增加了电源的成本，光耦本身的寿命也会成为电源的瓶颈，基于此，开发出了原边反馈技术。

-原边反馈不从输出直接采样，而是从初级线圈采样，通过初级线圈的情况来计算次级线圈的情况，进一步推算输出的情况。

-部分信息难以从初级线圈直接得到，因此通常还使用一个辅助线圈，辅助线圈和初级线圈共地，和次级隔离
辅助线圈的用途
●增加辅助线圈会增加成本和复杂度，因此，最好能让辅助线圈完成更多的工作，一般辅助线圈都同时做2件事情：
-反映初级线圈和次级线圈的情况，辅助线圈通过电阻分压，将原边和副边的电压情况反映在VSES点，此时辅助线圈和原边/副边构成变压器。

和初级线圈形成一个反激结构，给IC供电，由于反激结构本身无法恒压，因此要加一个限压的二极管。

不使用辅助线圈是否可行
●如果不要求辅助线圈供电，那么是否可以用其他检测方法，比如在初级线圈上检测来做原边反馈?
●理论上是可行的，思路如下：
-在初级线圈上并联一个高阻支路，对初级线圈进行采样，同时提供TOFF期。

原边反馈原边反馈（PSR）的AC/DC控制技术是最近10年间发展起来的新型AC/DC控制技术，与传统的副边反馈的光耦加431的结构相比，其最大的优势在于省去了这两个芯片以及与之配合工作的一组元器件，这样就节省了系统板上的空间，降低了成本并且提高了系统的可靠性。

在手机充电器等成本压力较大的市场，以及LED驱动等对体积要求很高的市场具有广阔的应用前景。

在省去了这些元器件之后，为了实现高精度的恒流/恒压（CC/CV）特性，必然要采用新的技术来监控负载、电源和温度的实时变化以及元器件的同批次容差，这就涉及到初级（原边）调节技术、变压器容差补偿、线缆补偿和EMI优化技术。

初级调节的原理是通过精确采样辅助绕组（NAUX）的电压变化来检测负载变化的信息。

当控制器将MOS管打开时，变压器初级绕组电流ip从0线性上升到ipeak，公式为。

此时能量存储在初级绕组中，当控制器将MOS管关断后，能量通过变压器传递到次级绕组，并经过整流滤波送到输出端VO。

在此期间，输出电压VO 和二极管的正向电压VF 被反射到辅助绕组NAUX，辅助绕组NAUX 上的电压在去磁开始时刻可由公式表示，其中VF是输出整流二极管的正向导通压降，在去磁结束时刻可由公式表示，由此可知，在去磁结束时间点，次级绕组输出电压与辅助绕组具有线性关系，只要采样此点的辅助绕组的电压，并形成由精确参考电压箝位的误差放大器的环路反馈，就可以稳定输出电压VO。

这时的输出电流IO由公式表示，其中VCS 是CS脚上的电压，其他参数意义如图1所示。

这是恒压（CV）模式的工作原理。

图1 原边控制应用框图及主要节点波形图。

当负载电流超过电流极限时，负载电流会被箝位在极限电流值，此时系统就进入恒流（CC）模式，这里对IO的公式需要加一个限定条件即，即去磁时间与开关周期的比例保持一个常数，这样在CC模式下的输出电流公式变成了，其中C1是一个小于0.5的常数，VCSLMT是CS引脚限压极限值。

flyback报告讲解实验报告课程名称：开关电源设计_ 指导⽼师：谌平平，张军明成绩：_______________ 实验名称：反激电源实验类型：同组学⽣姓名：常垚⼀、Flyback 设计要求输⼊：单相AC85V ～230V rms ；输出：DC12V/1A& 5V/1A 与输⼊电⽓隔离 ? 稳压精度：1%输出电压纹波：<2% ；负载调整率：<1% (反馈输出） ? 输⼊调整率：1% ? 控制器：UC3845开关频率：⾃⾏设定。

本电路采⽤100kHz 的开关频率满载情况下，CCM 或DCM 均可以。

本电路采⽤DCM 模式⼆、反激变换器⼯作原理反激变化器有两种⼯作模式，分别为电流连续⼯作模式（CCM ）和电流断续⼯作模式（DCM ）。

在电流连续⼯作模式中，电路的⼯作状态可以分为2种情况。

1）开关管导通时，加在变压器原边线圈的电压1L d U U =g，因此根据变压器原副边感应电压的关系1212L L U U N N =gg得到变压器副边感应电压为222111L L d N N U U U N N ==gg 注：假设原副边感应电压的⽅向如图1所⽰。

根据基尔霍夫定律，开关管1D 两端的电压为1222111()()D L o L o d o N NU U U U U U U N N =-+=-+=--ggg专业：电⼦信息⼯程姓名：陈发毅学号： 3100103074 ⽇期： 2013.7.20 地点：教⼆-125因此⼆极管1D 截⽌。

开关管导通时的等效电路如图2所⽰。

原边电压为：2212111()L L o D on N N U U U U N N ==--gg此时的电路等效模型如图3所⽰。

若开关管⼯作于电流断续状态（DCM ），则除了以上两种状态外，还有第三种状态。

该状态下，变压器原边电感电流变为零后，原边电压变为零，则此时副边电压也为零。

电路只有电容给负载供电。

等效模型如图4所⽰。