单端正激变压器

有源箝位正激变换器电路分析设计1.引言有隔离变换器的DC/DC变换器按照铁芯磁化方式，可分为双端变换器和单端变换器。

和双端变换器比较，单端变换器线路简单、无功率管共导通问题、也不存在高频变换器单向偏磁和瞬间饱和问题，但由于高频变换器工作在磁滞回线一侧，利用率低。

因此，它只适用于中小功率输出场合。

单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一个用于隔离的高频变压器，所以可以用于高电压的场合。

由于引入了高频变压器极大的增加了变换器的种类，丰富了变换器的功能，也有效的扩大了变换器的使用范围。

单端正激变换器拓扑以其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线式中小功率电源设计中。

在计算机、通讯、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域，这类电源具有广阔的市场需求。

当今，节能和环保已成为全球对耗能设备的基本要求。

所以，供电单元的效率和电磁兼容性自然成为开关电源的两项重要指标。

而传统的单端正激拓扑，由于其磁特性工作在第一象限，并且是硬开关工作模式，决定了该电路存在一些固有的缺陷：变压器体积大，损耗大；开关器件电压应力高，开关损耗大；dv/dt和di/dt大等。

为了克服这些缺陷，提出了有源钳位正激变换器拓扑，从根本上变了单端正激变换器的运行特性，并且能够实现零电压软开关工作模式，从而大量地减少了开关器件和变压器的功耗，降低了dv/dt和di/dt，改善了电磁兼容性。

因此，有源钳位正激变换器拓扑迅速获得了广泛的应用。

本文主要介绍Flyback 型有源箝位正激变换器的稳态工作原理与电路设计。

2. 有源箝位正激变换器电路的介绍有源箝位正激变换器由有源箝位支路和功率输出电路组成。

有源箝位支路由箝位开关和箝位电容串联组成，并联在主开关或变压器原边绕组两端。

利用箝位电容及开关管的输出电容与变压器绕组的激磁电感谐振创造主开关和箝位开关的Z VS工作条件，并在主开关关断期间，利用箝位电容的电压限制主开关两端的电压基本保持不变，从而避免了主开关过大的电压应力；另一方面，在正激变换器中采用有源箝位技术还可实现变压器铁芯的自动磁复位，并可以使激磁电流沿正负两个方向流动，使其工作在双向对称磁化状态，提高了铁芯的利用率。

开关电源拓扑结构详解主回路——开关电源中，功率电流流经的通路。

主回路一般包含了开关电源中的开入端和负载端。

开关电源（直流变换器）的类型很多，在研究开发或者维修电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种基本类型，以及工作原理，具有极其重要的意义。

开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。

1. 非隔离式电路的类型：非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。

1.1. 串联式结构串联——在主回路中开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。

开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。

串联式结构，只能获得低于输入电压的输出电压，因此为降压式变换。

例如buck 拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源。

上图是在图1-1-a电路的基础上，增加了一个整流二极管和一个LC滤波电路。

其中L是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关T关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出；D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间Toff，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。

在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D的负极流出，最后回到反电动势eL的负极。

变压器AP 法计算本文主要是对变压器设计时的AP 法加以推导，以便于加深对变压器设计的理解，同时能方便的确定在一定功率等级下，铁氧体磁芯是否能够满足该功率等级。

1、 DCM 模式（适用单端反激与单端正激）设输入电压最小值为：min in V （V ）输出功率为：o P (W)效率为：η最大占空比：max D电流密度：J (2A m ) 备注：电流密度在无风的情况下一般可以取23~8A m 磁芯面积：e A (2m )所需要窗体面积：p A (2m )窗体利用系数：k μ 备注：窗口利用系数一般可以取0.2~0.4由于min max 12o in p P V I D η= （1.1） 由（1）可以得出：min max 2o p in P I V D η= （1.2） 由电磁感应原理知道：min max in p e p e dB dB V N A N A dt D T== （1.3） 将（3）带入（2）得到：min max 22o o p in P e P P I V D N A dBf ηη== （1.4） 原边电流有效值为：RMS I I = （1.5） 单匝线圈所占用的面积为：RMS l I A J= （1.6） 设定原边所占窗体面积与副边所占窗体面积相等，则：12P l P N A A K μ= (1.7) 由212P l P l P P N A N A A K A K μμ=⇒= （1.8） 将（1.4）（1.5）（1.6）带入（1.8）得到：p e A A = (1.9) 磁芯的w e A A 值只要大于计算出来的p e A A 值即可以满足条件。

2、 CCM 模式（适用单端反激与单端正激） 设输入电压最小值为：min in V （V ） 输出功率为：o P (W)效率为：η最大占空比：max D电流密度：J (2A m ) 磁芯面积：e A (2m )所需要窗体面积：p A (2m )窗体利用系数：k μ min max o in FPT P V I D η= （2.1） min max o FPT in P I V D η⇒= （2.2） 由于对于平顶波有：rms FPT I I = （2.3） 单匝线圈所占用的面积为：rms l I A J= （2.4） 设定原边所占窗体面积与副边所占窗体面积相等，则： 12P l P N A A K μ=(2.5) 由212P l P l P P N A N A A K A K μμ=⇒= （2.6）将式（2.2）（2.3）（2.4）带入（2.6）得到：A A=p eu。

单端变压器耦合MOS管驱动电路mos管隔离驱动电路，如果驱动高压MOS管，我们需要采用变压器驱动的方式和集成的高边开关。

这两个解决方案都有自己的优点和缺点，适合不同的应用。

集成高边驱动器方案很方便，优点是电路板面积较小，缺点是有很大的导通和关断延迟。

变压器耦合解决方案的优点是延迟非常低，可以在很高的压差下工作。

常它需要更多，缺点是需要很多的元件并且对变压器的运行有比较深入的认识。

变压器常见问题和与MOS管驱动相关的问题：变压器有两个绕组，初级绕组和次级绕组实现了隔离，初级和次级的匝数比变化实现了电压缩放，对于我们的设计一般不太需要调整电压，隔离却是我们注重的。

理想情况下，变压器是不储存能量的（反激“变压器”其实是耦合电感）。

不过实际上变压器还是储存了少量能量在线圈和磁芯的气隙形成的磁场区域，这种能量表现为漏感和磁化电感。

对于功率变压器来说，减少漏感可以减少能量损耗，以提高效率。

MOS管驱动器变压器的平均功率很小，但是在开通和关闭的时候传递了很高的电流，为了减少延迟保持漏感较低仍然是必须的。

法拉第定律规定，变压器绕组的平均功率必须为零。

即使是很小的直流分量可能会剩磁，终导致磁芯饱和。

这条规则对于单端信号控制的变压器耦合电路的设计有着重大影响。

磁芯饱和限制了我们绕组的伏秒数。

我们设计变压器必须考虑坏情况和瞬时的大的伏秒数。

（在运行状态下，坏情况和瞬时的，大占空比和大电压输入同时发生的情况），我们确定的是变压器有一个稳定的电源电压。

对于单端应用的功率变压器来说，很大一部分开关周期需要保留来保证磁芯的正确复位（正激变换器）。

复位时间大小限制电路运行的占空比。

不过由于采用交流耦合实现了双向磁化，即使对于单端MOS管驱动变压器也不是问题。

单端变压器耦合MOS管驱动电路隔直电容必须在源边电路，起到的作用是提供重启电压，如果没有该电容，变压器的磁化电压和占空比相关，变压器磁性可能饱和。

双端变压器耦合MOS管驱动电路MOS管显著的特性是开关特性好，所以被广泛应用于需要电子开关的电路中，常见的如开关电源和马达驱动电路，也有照明调光。

晶体管单端甲类输出变压器晶体管单端甲类输出变压器是一种常见的电子设备，广泛应用于音频放大器、电源供应器和无线电发射器等领域。

本文将从原理、结构和应用等方面介绍晶体管单端甲类输出变压器的相关知识。

一、原理晶体管单端甲类输出变压器是一种功率放大器，其工作原理是通过晶体管的放大作用，将输入信号放大到足够的功率输出。

晶体管作为一种电子元件，具有放大电流和电压的功能，可以将小信号放大成大信号，从而实现信号的放大。

甲类输出表示晶体管的工作状态为导通，因此输出信号为正半周波形。

二、结构晶体管单端甲类输出变压器由三个主要部分组成：输入电路、输出电路和功率放大电路。

输入电路接收来自信号源的输入信号，并将其传递给功率放大电路。

功率放大电路通过晶体管对输入信号进行放大，然后将放大后的信号传递给输出电路。

输出电路通过变压器将信号从低阻抗转换为高阻抗，以适应负载的需求。

三、应用晶体管单端甲类输出变压器广泛应用于音频放大器、电源供应器和无线电发射器等领域。

在音频放大器中，它可以将低功率的音频信号放大到足够的功率，以驱动扬声器产生高质量的声音。

在电源供应器中，它可以将输入电源的电压进行调整和放大，以满足电子设备的工作需求。

在无线电发射器中，它可以将输入信号放大到足够的功率，以实现信号的传输。

晶体管单端甲类输出变压器具有以下优点：1. 高效率：晶体管作为功率放大器，具有较高的效率，能够将电能有效地转换为输出功率。

2. 简单可靠：晶体管单端甲类输出变压器的结构相对简单，易于制造和维护。

3. 高保真度：晶体管单端甲类输出变压器能够提供高保真度的信号放大，保证音频信号的高质量输出。

然而，晶体管单端甲类输出变压器也存在一些局限性：1. 低输出功率：由于甲类输出的工作原理，晶体管单端甲类输出变压器在输出功率方面有一定的限制，无法满足高功率需求。

2. 失真：甲类输出存在一定的失真，会对信号的准确性产生影响。

总结起来，晶体管单端甲类输出变压器是一种常见的电子设备，具有广泛的应用领域。

单端⾃激式正激型开关稳压电源电路1、单端⾃激式正激型开关稳压电源的实际应⽤电路单端⾃激式正激型开关稳压电源的实际应⽤电路如图2-6所⽰。

该电路为早期典型的单端⾃激式正激型开关稳压电源电路，其输出电压为?12V，输出电流为5A。

当输⼊电⽹电压为220V/50Hz 时，电路中的开关K就置于B的位置；当输⼊电⽹电压为110V/60Hz时，电路中的开关K就置于A的位置。

2、单端⾃激式正激型开关稳压电源的⼯作原理该稳压电源电路的输⼊电压通过开关K可以在220V/50Hz与110V/60Hz之间互相转换，输⼊电压的动态变化范围为?40%，输出电压为?12V，输出电流为5A。

其⼯作原理为：输⼊⼯频电⽹电压220V/50Hz与110V/60Hz经过由电容C1～C6和共模电感T1构成的双向共模滤波器将杂波噪声和⼲扰信号滤除⼲净后，再经过具有负温度系数的限流保护电阻输送到全波整流器IC1。

全波整流器的输出经过由电容C7、C8和电阻R1组成的滤波器滤波后，即可得到300V/150V直流电压。

该直流电压就是单端⾃激式正激型开关稳压电源电路的供电电压。

电路中的双向共模滤波器既可滤除和抑制⼯频市电电⽹上的⾼频⼲扰信号对电源电路的影响，⼜可滤除和抑制开关稳压电源电路本⾝所产⽣的⾼频⼲扰信号窜扰到⼯频市电电⽹上对其形成的污染。

当电源电压接通后，300V/150V直流电压经功率开关变压器的初级绕组Np加到功率开关管V1的集电极。

与此同时，该300V/150V直流电压经电阻R4、R7、R9和⼆极管VD3降压或分压后向功率开关管V1的基极提供正向偏压和所需的基极电流，于是功率开关管V1就开始导通。

这样，在功率开关变压器的初级绕组Np中便有经功率开关管V1的集-射极、⼆极管VD3和电阻R9的电流流过。

功率开关管V1的集电极电流流过功率开关变压器的初级绕组Np后，必然会在绕组Np上感应出交变电压，通过变压器的磁耦合作⽤，便会在功率开关变压器的次级绕组Nb上感应出对功率开关管V1基极为正反馈的电压。