反激式转换器设计选择

本文介绍了标准反激式转换器的基本原理和功能及其优点、用途和复杂的架构变化。它还解释了如何使用不同的方法为反激式转换器做出设计选择，但这部分主要侧重于使用电源 WebDesigner (PSW) 工具。

反激式是简单且常用的隔离式电源转换器拓扑，能够升压或降压，同时在离线应用中提供与交流电源的电流隔离。它是为多种电子设备供电的成本效益的拓扑结构，只要输出功率小于约200W，就具有可接受的效率和足够小的尺寸。我们将介绍反激式转换器设计的一些细节，以及称为电源 WebDesigner (PSW) 的在线系统。

虽然标准反激式转换器为常见，但这里未介绍其他更复杂的变体，这些变体旨在满足特定需求。例如，双开关版本降低了主开关的额定电压，但增加了第二个电源开关和高侧驱动器。有源钳位版本提高了效率并进一步限制了主开关上的电压应力，但增加了一个辅助开关。

我们的主要目的是解释如何做出反激式转换器所需的设计选择，无论是使用 PSW 还是任何其他设计方法。PSW 将自动做出所有这些选择，但它提供了极大的灵活性，允许用户更改其中任何一个并在几秒钟内看到效果。因此，它也是学习反激式设计的工具，本文提供的大部分指导都包含在整个设计过程中适当位置的“信息注释”中。

反激式转换器

图 1 所示的标准反激式转换器广泛用于低功率 (<200W) 和/或高电压应用，因为它的部件数量较少，并且能够用很少的附加部件提供多个输出，尽管存在交叉调节不如隔离式降压转换器。该转换器通常在断续导通模式 (DCM) 下运行，特别是在小于 50W 的情况下，磁化电流在每个开关周期结束时返回到零，并可能保持一段时间，直到下一个开关周期开始。DCM 的控制设计非常简单，由与非隔离降压-升压拓扑相同的方程描述，但插入了匝数比。

反激式转换器的“变压器”实际上用作耦合电感器，其中初级绕组在开关周期的不同部分期间与次级绕组传导电流。因此，从输入传输到输出的所有能量必须交替地从磁化电感存储和释放，相对于大多数隔离拓扑，这需要较小的磁化电感。

虽然瞬时绕组电压与匝数比相关，但瞬时和均方根绕组电流则不然。在连续和断续导通模式下工作的转换器的基本波形如图 2 所示。

Fairchild Semiconductor 的网站上有一个复杂的、基于 Web 的设计和仿真工具，称为 Power Supply WebDesigner (PSW)，其示例输出如图 4 和本文的其他图所示。它的“自动设计”功能将其归类为系统，能够根据其算法中捕获的设计人员的经验，在无需用户干预的情况下做出下一节中解释的众多设计选择。如果用户想要对设计进行调整，他/她可以查看详细的设计程序，并在文本信息注释和动态限制的指导下覆盖任何设计变量的“推荐”值，以确保输入合理。进行手动调整后，该工具会重新计算稍后的建议值，以根据新输入优化设计。

PSW 生成完整的原型原理图，其中包含所有必要的组件，并提供四种类型的电路分析的结果：计算的组件损耗、稳态波形、瞬态波形和用于指示稳定性的环路增益波特图。（本文仅包含元件损耗和波特图，以说明一些手动设计更改的影响。）如果有任何结果不可接受，可以在设计过程中进行进一步调整（具有错误和极限检查的好处），或者可以直接在原理图上更改元件值。，生成物料清单，并可以选择零件并从电子元件目录分销商处组装订单。