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2.隔離輸出的反反激式變換器電壓和電流關(guān)系

如果將圖一中的電感換成耦合電感，使輸入和輸出加在不同的繞組上，得到圖四 a 所示 的電路。為了方便討論，我們假設(shè) L1 和 L2 的線圈匝比為 n，耦合系數(shù)為 1。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)， 電源輸入端向電感 L1 中存儲(chǔ)能量，根據(jù)同名端的關(guān)系，L2 中感應(yīng)出上正下負(fù)的電壓，二極 管 D 反偏。在開關(guān)關(guān)斷前的一瞬間，L1 中的電流上升到最大值，在開關(guān)關(guān)斷瞬間，L1 與輸 入端沒有通路，為了阻止磁通量的突變，L2 上的電壓反向，使得輸出二極管正偏導(dǎo)通，存 儲(chǔ)在磁芯中的磁場能轉(zhuǎn)移到輸出電容和負(fù)載中。

圖四 隔離輸出的反激變換器原理圖

圖四 a 給出的電路就是離線式反激變換器的雛形了，在實(shí)際應(yīng)用中，我們往往把開關(guān)管 放在電源輸入的負(fù)端，并且輸出為上正下負(fù)看起來也比較習(xí)慣，于是得到了圖四 b 所示的反 激式變換器基本結(jié)構(gòu)。

首先我們討論圖四 b 所示電路中 L1 和 L2 中的電流，圖五給出了相應(yīng)的波形圖。開關(guān)關(guān)斷瞬間，磁通量不能突變，所以 L2 中的電流等于關(guān)斷前一瞬間 L1 電流值的 n 倍(n 為 L1 和 L2 線圈匝比)。開關(guān)閉合瞬間，為了阻止磁通量突變，L1 中電流等于閉合前一瞬間 L2 中電流的 1/n.。又因?yàn)樵陂_關(guān)閉合期間和開關(guān)斷開期間 L1 和 L2 中電流都是線性變化的， 所以我們可以得出如下的關(guān)系式：

從上面的關(guān)系式進(jìn)一步得到：

上面式子中的 n=N1/N2，其中 N1 為 L1 的線圈匝數(shù)，N2 為 L2 的線圈匝數(shù)。

圖五 隔離輸出的反激式變換器初次級(jí)電感電流波形

接下來討論 L1 和 L2 的電壓關(guān)系，圖六給出了相應(yīng)的波形圖。開關(guān)閉合期間，根據(jù)同 名端和匝比的關(guān)系，L2 上感應(yīng)出上負(fù)下正的電壓，大小為 Vin/n;開關(guān)關(guān)斷期間，L2 上的電 壓等于輸出電壓加上二極管電壓正向壓降，極性為上正下負(fù)，設(shè)這個(gè)電壓為 VL2，則根據(jù)同 名端和匝比關(guān)系，L1 上的感應(yīng)電壓為 nVL2，極性變?yōu)樯县?fù)下正。我們把這個(gè)電壓叫做次級(jí) 反射電壓 Vor。

圖六 隔離輸出的反激變換器輸入輸出電壓波形

前面提到，為了維持變換器的穩(wěn)定工作，開關(guān)閉合期間電感上電壓與閉合時(shí)間的乘積應(yīng) 等于開關(guān)斷開期間電感上電壓與斷開時(shí)間的乘積。對(duì)于耦合電感，我們計(jì)算時(shí)將開關(guān)閉合和 斷開期間的電壓全部這算到初級(jí)來計(jì)算的話，就有如下關(guān)系：

通過上式可以求得占空比如下：

不難看出，對(duì)于當(dāng)輸入電壓最低時(shí)，占空比最大。在反激式開關(guān)電源中，最大占空比是 一個(gè)很重要的參數(shù)，對(duì)于連續(xù)模式的反激式變換器，一般情況下，最大占空比限定在 0.5 以 內(nèi)，超過 0.5 的話，容易出現(xiàn)次諧波振蕩。

不可忽略的是，實(shí)際工程中 L1 不可能和 L2 形成理想的全耦合， L1 中有少量的磁通 不能完全耦合到 L2 中，等效為 L1 上串聯(lián)一個(gè)電感量較小的電感，也就是常說的漏感 Lleak。 在開關(guān)斷開瞬間，這部分不能耦合到 L2 中的磁通也不能突變，于是 Lleak 試圖通過將電壓反 向來續(xù)流，此時(shí)開關(guān)閉合，沒有續(xù)流通道，于是 Lleak 上感應(yīng)出一個(gè)很高的尖峰電壓 Vpk，這 個(gè)電壓和上面的反射電壓方向相同。在開關(guān)斷開的瞬間，電源輸入電壓、次級(jí)反射電壓和漏 感尖峰電壓一起加在開關(guān)管上，由于漏感尖峰電壓通常很高，能夠瞬間造成開關(guān)管的損壞， 實(shí)際電路中一般要進(jìn)行鉗位處理。