反激是最知名的隔離式電源拓撲結構，因為它可以用一個低邊開關晶體管和有限的外部元件數提供多個隔離輸出。不過，反激式電源也存在一些特殊性，如果設計人員沒有充分理解并對其進行分析，就可能限制它的整體表現。

針對這種拓撲結構的系列文章將以非常簡單的數學方法揭去所有反激式電源設計的神秘面紗，指導設計人員完成一個良好優(yōu)化的設計。

反激式轉換器

根據應用的不同，直流-直流應用(DC/DC應用)可能需要多個輸出，而且需要輸出隔離。此外，輸入與輸出的隔離可能需要符合安全標準或提供阻抗匹配。

隔離式電源不僅可以防止用戶接觸到潛在的致命電壓和電流，而且具有性能優(yōu)勢。利用中斷接地回路，隔離式電源可以保持儀器精度，并可以在不犧牲總線益處的條件下很容易通過負電源總線提供正穩(wěn)壓電壓。

對設計人員來說，反激式拓撲結構歷來是輸出功率100W以下的電源隔離式轉換器的首選。這種拓撲結構只需要一個磁性元件和一個輸出整流管，因而具有簡單和低成本的優(yōu)勢，同時它也可以輕松實現多路輸出。

而反激式拓撲結構的缺點是：它需要一個高容值的輸出電容，功率開關管和輸出二極管的電流應力較高，氣隙區(qū)渦流損耗較高，變壓器鐵芯較大以及可能存在的EMI問題。

反激式轉換器源于降壓-升壓拓撲結構，其主要缺點是：只有在開關MOSFET導通時間內，該轉換器才從源極收集能量。在后來的關斷期間，來自一次側繞組的這種能量從電感傳遞到輸出端。這是反激式和降壓-升壓拓撲結構的獨特特點。（圖1）

一次側電流和二次側電流同時流過時，反激式變壓器并不像傳統(tǒng)變壓器那樣正常工作，實際上只有一小部分能量（磁化能量）被存儲在變壓器中。

反激式變壓器更像是同一鐵芯上的多個電感器，而非一個典型的變壓器。理想的情況是，變壓器并不存儲能量，所有的能量都在瞬間從一次側轉移到二次側。

（圖1：運行在連續(xù)傳導模式下的典型反激式電源）

反激式變壓器可用作儲能裝置，能量存儲在鐵芯的氣隙或坡莫合金粉芯的分布式氣隙當中。

電感變壓器的設計應盡量減少漏感、交流繞組損耗和磁芯損耗。

漏感是一次側電感的一部分，未與二次側電感相互耦合。保持盡可能低的漏感十分重要，因為它會降低變壓器的效率，還會導致開關器件的漏極出現尖峰。漏感可被看作為存儲在變壓器中的部分能量，它不會轉移到二次側和負載。這種能量需要通過一個外部緩沖器在一次側耗散掉。

緩沖器的配置將在后面予以討論。

當MOSFET開啟且電壓施加在一次側繞組時，一次側電流線性上升。輸入電流的變化是由輸入電壓、變壓器一次側電感和導通時間決定的。在這段時間內，能量被存儲在變壓器鐵芯中，輸出二極管D1被反向偏置，能量不會轉移到輸出負載。

當MOSFET關閉時，磁場開始下降，顛倒了一次側和二次側繞組之間的極性。D1被正向偏置，能量轉移到負載。

斷續(xù)傳導模式與連續(xù)傳導模式：

反激式轉換器像任何其他的拓撲結構一樣有兩種不同的工作模式——斷續(xù)模式和連續(xù)模式。
當輸出電流的增加超過一定值時，，斷續(xù)模式設計的電路將轉為連續(xù)模式。

在斷續(xù)模式下，導通時間內存儲在一次側的所有能量都會于下一周期開始之前完全轉移到二次側和負載；而且，在二次電流達到零值和下一個周期開始間的瞬間還會有死區(qū)時間。
在連續(xù)模式下，當下一個周期開始時，仍會有一些能量留在二次側。
反激式轉換器可以在兩種模式下運行，但它具有不同的特征。

斷續(xù)模式一方面具有較高的峰值電流，因此在關斷時有較高的輸出電壓尖峰。另一方面，它具有更快的負載瞬態(tài)響應，一次側電感較低，因此變壓器尺寸可以較小。二極管的反向恢復時間并不重要，因為在反向電壓施加之前正向電流為零。在斷續(xù)模式下，晶體管的開啟隨零集電極電流出現，降低了傳導EMI的噪聲。

連續(xù)模式具有較低的峰值電流，并因此降低了輸出電壓尖峰。不幸的是，由于它的右半平面（RHP）零點迫使轉換器的總帶寬降低，所以其控制回路比較復雜。

由于連續(xù)傳導模式對大多數應用而言是更加的選擇，因此以上僅對該模式進行了更多的細節(jié)分析。

確定反激式變壓器：繞組匝數比及其電感

設計人員不得不處理的第一個難題就是確定反激式變壓器。通常他們可以從反激式電源變壓器標準目錄中進行選擇，而無需更昂貴的定制變壓器。許多供應商都可以針對不同應用和功率大小提供完整系列的變壓器，但重要的是要了解如何選擇最合適的變壓器。

除了二次側繞組的功率大小和匝數，變壓器還可根據一次側/二次側繞組匝數比，以及一次側或二次側電感來分類。

如果忽略開關MOSFET和輸出整流二極管兩端壓降的影響，在穩(wěn)態(tài)運行條件下，導通時間（ ）的伏*秒應該等于關斷期間（ ）伏*秒：
（1）
式中：
? 是輸入電壓
? 是輸出電壓
? 是反激式變壓器的一次側匝數/二次側匝數匝比
那么，最大占空比的數匝比和最小輸入輸出電壓之間的直接關系是：
（2）
其中D為占空比： /開關周期。

在許多情況下，選定的最大占空比為50％，但是在寬輸入電壓范圍的應用中，重要的是要了解如何優(yōu)化以下關系：最大占空比、變壓器匝比、峰值電流和額定電壓。

反激式拓撲結構的主要優(yōu)點之一是可以在占空比大于50％的條件下工作。最大占空比的增加降低了變壓器一次側的峰值電流，從而達到一次側銅變壓器更高利用系數的效果，并降低輸入源的紋波。同時，最大占空比的增加可增加主開關MOSFET漏源極之間的最大應力電壓，并增加二次側的峰值電流。

在開始轉換器設計之前，重要的是要了解最大占空比、變壓器一次側/二次側匝數比（Np/Ns）、一次側MOSFET的最大電壓應力、一次側和二次側最大電流之間的關系。

公式（2）給出了輸出電壓Vo和輸入電壓Vi（因為其簡單性沒有考慮Q1和二次側整流管Q2兩端的壓降）之間的主要關系。為了確保在整個輸入電壓范圍Vo的穩(wěn)壓，最大占空比 可以任意選定一個1的理論值。
然后可以計算Np/Ns：
(3)

由此選出的 表示主MOSFET的漏源極之間的最大電壓， 由公式（4）及公式（5）和（6）給出，分別表示了變壓器一次側和二次側的平均電流。
式中：
? 是二次側整流二極管的正向壓降
? 是傳導期間開關MOSFET的壓降
? 是整體電源效率
? 是最大