还搞不懂反激式转换器？一定看这一文，工作原理+电路案例设计

一、反激式转换器设计组件

1、反激式变压器

2、开关

七、使用LM5160 反激式转换器设计示例

还搞不懂反激式转换器？一定看这一文，工作原理+电路案例设计

李工谈元器件

今天给大家分享的是：反激式转换器，关于反激式转换器工作原理、实际设计案例，反激式转换器应用。

一、反激式转换器设计组件

反激式转换器的制作方法，下面为反激式转换器常用的组件：

反激式变压器
开关
整流器
滤波器
驱动开关
控制装置

反激式转换器是一种组件相对较少的开关转换器，相对容易制造和设计。

反激式转换器是一种隔离开关转换器，可以是降压或者升压配置。大多数手机、平板电脑和笔记本电脑都会用到反激式转换器。

反激式转换器原理图

1、反激式变压器

变压器可以将能量从初级传输到次级。另一方面，反激式变压器会将能量储存在初级磁场上，并在一定时间后将能量传递到次级磁场。

变压器至少由2个电感组成，称为次级线圈和初级线圈，缠绕在线圈架中，中间有一个铁芯。磁芯决定磁通密度，磁通密度是将电能从一个绕组传输到另一个绕组的重要参数。压器定相，初级和次级绕组中显示的点。

2、开关

开关的作用是导通和关闭初级电路，使变压器充磁和消磁。该开关由来自所选控制器PMW信号控制。

3、整流器和滤波器

整流器将次级绕组上的电压整流成脉动直流电。整流器或者二极管的另一个作用是从次级绕组切断和连接负载。整流后的电压随后被电容滤除以增加直流电平，并可供预期应用使用。

在上面电路图中没有缓冲电路，但其实大部分时候，反激式转换器需要一个缓冲器来对抗开关或二极管上的电压尖峰。

二、反激式转换器原理

1、开关导通时反激式转换器的工作原理

1）反激式转换器原理图-开关导通时

当开关打开时，电流将从Uin流向初级地为初级绕组充电并且储存能量。这个时候，二极管反向偏置，次级绕组没有电流流动。负载需求由输出电容（Cout）提供。

反激式转换原理图（开关导通）

2）反激式转换器电流变化-开关导通时

反激式转换器电流变化（开关导通）

3）反激式转换器工作原理-开关导通时

反激式转换器原理图（开关导通）

当开关打开时，初级将充电并且有电流流动。根据KVL，

Vin – VL – Vs = 0

假设理想状态，开关压降（Us）为0，

Vin – VL = 0

VL=输入电压

VL = Lp di / dt

di = ( VL / Lp ) X dt

VL = Vin，所以

di = (Vin / Lp) X dt

对公式进行运算：

电流

储存的能量：

储存能量

2、开关关闭时反激式转换器的工作原理

1）反激式转换器原理图-开关关闭时

当初级开关断开时，初级绕组将抵抗电流的突然变化然后反转绕组的极性。就会导致输出二极管的正向偏置。初级中存储的能量将通过二极管传输到次级和负载，这个时候，输出电容会补充电荷。

反激式转换器电路图（开关关闭）

2）反激式转换器电流变化-开关关闭

反激式转换器电流变（开关关闭）

3）反激式转换器工作原理

反激式转换器电路图（开关关闭）

如果开关关闭，反激式转换器的允许将集中在次级，当开关关闭时，次级电流流动。

根据KVL，

VL_次级 – VD – Vout = 0

理想情况下，次级二极管的压降为零：

VL_次级 – Vout = 0

VL_次级 = Vout

VL = Ls di / dt

di = ( VL_次级 / Ls ) X dt

VL_次级= Vout，所以

di = ( Vout / Ls ) X dt 通过积分，

电流

转移的能量：

转移的能量

Vsec：次级绕组上的电压,恰好等于输出电压
Ls：变压器次级电感
T：PWM 信号的周期 (1/Fsw)
Ton：开关打开的时间

三、反激式转换拓扑

反激式转换拓扑结构的优点：易于应用，灵活，可以用于SMPS（开关模式电源）设计。

反激式转换器拓扑结构的波形，电流特征如下所示。

反激式转换器拓扑结构的波形，电流特征

四、反激式拓扑SMPS

反激式SMPS的拓扑需要的组件比较少，可用于交流或者直流电源，在电路中会使用MOS管。反激式SMPS结构的运行取决于MOS管。反激式SMPS拓扑以连续或者断续模式运行。

反激式拓扑SMPS

五、SMPS 反激式变压器设计

下面为简单的SMPS反激式变压器电路图。SMPS 反激式变压器的优势在于电流不会同时流过初级和次级绕组。

MPS 反激式变压器设计

六、反激式转换器使用技巧

反激式转换器电路的应用十分广泛：

直流-直流电源
电信
LED照明
以太网供电 (PoE)
电容充电
电池充电
太阳能微型逆变器
交直流电源

七、使用LM5160 反激式转换器设计示例

1、LM5160 电气特性

4.5V 至 65V 宽输入电压范围
集成高侧和低侧开关
- 无需外部肖特基二极管
2A 最大负载电流
自适应恒定导通时间控制
- 无外部环路补偿
- 快速瞬态响应
可选的强制 PWM 或 DCM 操作
- FPWM 支持多输出 Fly-Buck
几乎恒定的开关频率
- 电阻可调至 1 MHz
程序软启动时间
预偏置启动
±1% 反馈参考电压
LM5160A 允许外部 VCC 偏置
稳健设计的固有保护功能
- 峰值电流限制保护
- 可调输入 UVLO 和迟滞
- VCC 和栅极驱动 UVLO 保护
- 带滞后的热关断保护

这里只是给一个参考，更具体的请查看LM5160的Datasheet：【LM5160 PDF数据手册】_中文资料_(德州仪器 TI)-采芯网

2、LM5160 引脚图

LM5160 引脚图

3、绝对最大额定值

绝对最大额定值

4、反激式转换器电路图

反激式转换器电路图

5、反激式转换器工作原理

上面的原理图应用了大量的元器件，但实际并没有那么复杂。输入端的 C6、C7 和 C8 用于过滤输入电源，R6 和 R10 用于欠压锁定相关，R7 电阻用于与时间相关，该引脚可使用一个简单的电阻器进行编程。

连接在 SS 引脚上的 C13 电容是一个软启动电容。AGND（模拟地）和 PGND（电源地）以及 PAD 与电源 GND 相连。

在右侧 C5（0.01 uF ）电容是一个自举电容，用于栅极驱动器的偏置。R4、C4 和 C9 是纹波滤波器，其中 R8 和 R9 为 LM5160 的反馈引脚提供反馈电压，这两个电阻的比值决定了输出电压。C10 和 C11 用于初级非隔离输出滤波。一个主要组件是 T1，耦合电感，初级和次级两侧各有一个 60uH 的电感。

可以选择下面的规格或者其他规格的电感：