反激式(RCD)开关电源原理及设计

因该电源是公司产品的一个配套使用，且各项指标都不是要求太高，故选用最常用的反激拓扑，这样既可以减小体积(给的体积不算大)，还能降低成本，一举双的!

反激拓扑的前身是Buck-Boost变换器，只不过就是在Buck-Boost变换器的开关管和续流二极管之间放入一个变压器，从而实现输入与输出电气隔离的一种方式，因此，反激变换器也就是带隔离的Buck-Boost变换器。

先学习下Buck-Boost变换器

工作原理简单介绍下

1.在管子打开的时候，二极管D1反向偏置关断，电流Is流过电感L，电感电流IL线性上升，储存能量!

2.当管子关断时，电感电流不能突变，电感两端电压反向为上负下正，二极管D1正向偏置开通!给电容C充电及负载提供能量!

3.接着开始下个周期!

从上面工作可以看出，Buck-Boost变换器是先储能再释放能量，VS不直接向输出提供能量，而是管子打开时，把能量储存在电感，管子关断时，电感向输出提供能量!

根据电流的流向，可以看出上边输出电压为负输出!

根据伏秒法则

Vin*Ton=Vout*Toff

Ton=T*D

Toff=T*(1-D)

代入上式得

Vin*D=Vout*(1-D)

得到输出电压和占空比的关系Vout=Vin*D/(1-D)

看下主要工作波形

从波形图上可以看出，晶体管和二极管D1承受的电压应力都为Vs+Vo(也就是Vin+Vout);

再看最后一个图，电感电流始终没有降到0，所以这种工作模式为电流连续模式(Ccm模式)。

如果再此状态下把电感的电感量减小，减到一定条件下，会出现这个波形!

从上图可以看出，电感电流始终降到0后再到最大，所以这种模式叫不连续模式(DCM模式)。

把上边的Buck-Boost变换器的开关管和续流管之间加上一个变压器就会变成反激变换器!

还是和上边一样，先把原理大概讲下：

1. 开关开通，变压器初级电感电流在输入电压的作用下线性上升，储存能量。变压器初级感应电压到次级，次级二极管D反向偏置关断。

2. 开关关断，初级电流被关断，由于电感电流不能突变，电感电压反向(为上负下正)，变压器初级感应到次级，次级二极管正向偏置导通，给C充电和向负载提供能量!

3. 开始下个周期。以上假设C的容量足够大，在二极管关断期间(开关开通期间)给负载提供能量!

咱先看下在理想情况下的VDS波形

上面说的是指变压器和开关都是理想工作状态!

从图上可以看出Vds是由VIN和VF组成，VIN大家可以理解是输入电压，那VF呢?

这里我们引出一个反激的重要参数：反射电压即VF，指次级输出电压按照初次级的砸比反射到初级的电压。可以用公式表示为VF=VOUT/(NS/NP),(因分析的是理想情况，这里我们忽略了整流管的管压降，实际是要考虑进去的)

式中VF为反射电压;

VOUT为输出电压;

NS为次级匝数;

NP为初级匝数。

比如，一个反激变换器的匝比为NP:NS=6：1，输出电压为12V，那么可以求出反射电压VF=12/(1/6)=72V。

上边是一个连续模式(CCM模式)的理想工作波形。

下面咱在看一个非连续模式(DCM模式)的理想工作波形

从图上可以看出DCM的Vds也是由VIN和VF组成，只不过有一段时间VF为0，这段时候是初级电流降为0，次级电流也降为0。

那么到底反激变化器怎么区分是工作在连续模式(CCM)还是非连续模式(DCM)?

是看初级电感电流是否降到0为分界点吗，NO，反激变换器的CCM和DCM分界点不是按照初级电感电流是否到0来分界的，而是根据初次级的电流是否到0来分界的。

如图所示

从图上可以看出只要初级电流和次级电流不同时为零，就是连续模式(CCM);

只要初级电流和次级电流同时为零，便是不连续模式(DCM);

介于这俩之间的是过度模式，也叫临界模式(CRM)。

以上说的都是理想情况，但实际应用中变压器是存在漏感的(漏感的能量是不会耦合到次级的)，MOS管也不是理想的开关，还有PCB板的布局及走线带来的杂散电感，使得MOS的Vds波形往往大于VIN+VF。类似于下图

这个图是一个48V入的反激电源。