电源小白入门学习11——反激电源电路原理

电源小白入门学习11——反激电源、正激电源

  • 隔离电源
  • 变压器介绍
  • 反激电源

前面我们学习了BUCK、BOOST、BUCK-BOOST 等各种各样的DCDC变换器,但是他们都有一共同的特点,即能量的传输路径时一个完整的通路,输入与输出之间不存在电气隔离,那么就会存在一个问题,电源输入存在故障时,会直接沿着能量传输路径传递到输入,给我们的用电设备造成损害,同理,当用电设备存在故障时,也会影响前级输入。为了解决这一问题,隔离电源就此而生-------

隔离电源

隔离电源是一种电源系统,其特点是在输入端和输出端之间提供了电气隔离。这种隔离通常通过使用变压器或光耦件等隔离元件来实现。

隔离电源的主要组成部分包括输入端、输出端和隔离元件:

  1. 输入端:输入端接收来自电源或电网的电压,可能是交流(AC)电压或直流(DC)电压。

  2. 隔离元件:隔离元件通常是变压器或光耦件,用于在输入端和输出端之间提供电气隔离。这种隔离可以防止输出端与输入端之间的电气连接,从而降低了触电风险,提高了系统的安全性。

  3. 输出端:输出端提供稳定的输出电压或电流,以供给目标设备或负载使用。

隔离电源通常具有以下特点和优势:

  • 安全性增强:由于提供了电气隔离,隔离电源能够降低触电风险,增强系统的安全性。

  • 地绝缘:隔离电源通常能够实现地绝缘,使得输入端和输出端可以完全隔离地接地,从而提高系统的抗干扰能力。

  • EMI 抑制:隔离电源可以减少电磁干扰(EMI)的传播,提高系统的抗干扰能力。

  • 适用于高电压和高功率:隔离电源常用于需要处理高电压或高功率的应用中,例如工业设备、通信设备、医疗设备等。

变压器介绍

在隔离电源里面,变压器是应用最广泛的隔离期间,一方面可以通过变压器实现电气隔离,另一方面可以通过变压器提升/降低电压或电流。

在这里插入图片描述

  • 以上是变压器的基本结构,通常有输入线圈和输出线圈围绕在同一个磁芯上。当在输入线圈给一个电压Vp,会在输出线圈上感应出一个电压Vs。
  • 同名端:对于输入电压Vp和Vs我们把相对电压更高(或者更低)的两个端口,称之为同名端
  • 输入电压与输出电压的关系:Vp / Vs = Np / Ns ,即:电压比与线圈匝数成正比,电流比与线圈匝数比成反比

当然,以上都是理想状况下的分析,现实的状况是这样的:
在这里插入图片描述

  • r1 和r2 表示导线上的电阻
  • L1和L2表示绕组上的漏感
  • Lm是变压器的励磁电感
  • rm表示磁芯损耗
  • 虽然变压器的实际模型很负责,但是由于r1 、r2 、L1、L2 、这些值通常很小,几乎不需要考虑,所有我们可以等效出如下模型:

在这里插入图片描述

这里补充几个点:

  1. 励磁电感:在变压器中,激励电流(通常称为励磁电流)是用于建立磁场的电流。当变压器的一侧(通常是初级侧)被接通电流时,将在磁路中建立磁场,这个过程称为励磁。这个励磁电流在变压器中的行为可以用励磁电感来描述。
  2. 励磁电感的大小取决于变压器的设计、材料和磁路的特性。在变压器的励磁过程中,励磁电感会影响磁路的能量转换效率和响应速度。因此,在设计变压器时,励磁电感通常被考虑在内,以确保变压器的性能和效率。
  3. 变压器咋工作时,一个开关周期内起止时刻的的磁链必须相同,否则会导致磁饱和,是的电路无法工作。

反激电源

在这里插入图片描述
如图是反激电源的电路结构,其工作原理如下:

  1. MOS管闭合,此时输入电流给变压器励磁电感充电,输出回路上电容放电,

在这里插入图片描述
2. MOS管断开,励磁电感放电,电流从非同名端流入/流出,二极管导通
在这里插入图片描述
3. 循环以上两个步骤,就是反激电源的基本原理。

通过以上分析过程我们可以得到:当MOS管导通时,激励电感Lm储能,能量不传递到输出;当MOS关关闭时,激励电感Lm释放能量,能量传递到输出,我们将这一类称之为反激变换器。其主要参数如下:

  • 当MOS管导通时,VLm = Vi ; 当MOS管关闭时,VLm = -Vo ( Np / Ns),根据伏秒积平衡则有: Vi * D = Vo * ( Np / Ns ) * ( 1 - D )

  • 电压增益 = ( D / 1 - D ) * ( Ns / Np ) ; 电流增益 = ( Np / Ns ) * ( 1 - D / D ) 。
    -电感电流平均值 : 在这里插入图片描述

  • 电感电流峰峰值:在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

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