几种有趣的电路设计（防过压，LLC,PFC，正激和反激电路）

Posted 2023-03-30 MAR-Sky

防过压

LLC和CLLC

LLC来源是内部电路是两个电感L和一个电容C串联得到。真实的名字叫谐振转换电路，英文是Resonant Converters
参考：
https://www.bilibili.com/video/BV1Lg41187Wb/?spm_id_from=pageDriver&vd_source=00bd76f9d6dc090461cddd9f0deb2d51


宽电压输出

PFC电路

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/355338517
PFC( Power Factor Correction),电源因数矫正电路

HFS

Hybrid-flyback 混合反击架构，相比于反激电路更大的功率输出
参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/553228638

正激和反激电路

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/370298338，https://www.cnblogs.com/kevinnote/p/10824202.html
都得到一个直流输出

正激式开关电源：当开关管接通时，输出变压器充当介质直接耦合磁场能量，电能与磁能相互转化，使输入输出同时进行。
反击式开关电源： 当开关管导通时，变压器原边电感电流上升，由于反激电路输出线圈同名端相反，因此输出二极管截止，变压器储存能量，负载由输出电容进行能量供应;当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器的能量通过二极管向负载供电，同时对电容充电。

正激式的缺点：防止变压器初级线圈产生的反电动势把开关管击穿，需要增加反电动势绕组次级多加1个电感进行储能滤波，成本较高，正激式开关电源变压器的体积要比反激式开关电源变压器的体积大。
反激的变压器可以看作一个带变压功能的电感，是一个buck-boost电路。

正激电路 forward converter

首先，这个电路相当于一个直流降压。初级线圈内电流不能突变，但电压是突变的。而次级线圈是通过磁通链ψ的变化导致的电流变化。由于线圈匝数不同而导致的磁通链的不同。
${\psi }_L=N{\Phi }_L=L\cdot i$

需要注意的是二极管和次级线圈的耦合方向。开关接通时次级线圈耦合的电路导通，断开时次级线圈的电路断开。需要注意的是，初级线圈和次级线圈可能是同心缠绕的，只是每个线圈之间使用了绝缘材料分割。

上图中开关断开时，一次线圈

重要的磁复位，电磁饱和

参考：https://editor.csdn.net/md/?articleId=129724855，
磁饱和危害：https://www.elecfans.com/yuanqijian/bianyaqi/20180228641064.html
因为在磁饱和后如果再增加电流，磁感应强度H依然不会改变。这时的初级线圈中的磁感L明显减少，电流迅速增加，可能导致变压器烧毁。

反激电路flyback converter

下图中是一个经典的反激电路原理图，主要是后面二极管的方向和二次侧的电极方向相反，同名端方向相同和不同都没什么关系。但在实际中，平常都使用相同同心绕制而且绕制方向相反。

电源硬件设计----正激变换器(Forward Converter)基础

1 正激变换器(Forward Converter)拓扑结构

正激变换器拓扑结构，如图所示：

拓扑结构分析：

• 输入电压 Vi
• 输出电压 Vo
• 开关组件 S
• 变压器 T
• 原边线圈圈数 Np
• 副边线圈圈数 Ns
• 整流理想二极管 D1，D2
• 滤波电容 C

2 正激变换器(Forward Converter)原理

正激变换器(Forward Converter)拓扑结构，如图所示：

S导通(开关管导通)时：

• 电流由输入电压端流经变压器原边线圈与开关形成电流回路，此时变压器原边线圈两端压降为Vi
• 变压器原边线圈因电流流过而产生磁力线，其透过铁芯传到副边线圈，副边线圈产生感应电势
• 副边线圈两端感应电压Vi/n，使得理想整流二极管D1导通，电流形成回路，通过D1、输出储能电感与输出电容
• 副边储能电感两端固定压降VL，使得电感线圈上产生电流，此电流于电感铁芯内累积磁力线，直到开关关闭为止

S关断(开关管关断)时：

• 原边线圈因开关关断，原边无电流回路产生。原边线圈上产生反电动势，该反电动势与占空比D相关
• 变压器副边线圈因产生的感应电势极性，使得整流二极管D1关断，此时变压器能量传输截止
• 电感产生反电势，使得续流二极管导通，储能电感于开关关断时续流，电感上压降与输出相同
• 储存电感将导通时间储存于铁芯内的磁力线，透过电感上的感应线圈，由电流形式进行释放

正激变换器电压转换公式：

D = 占空比
T = 周期
n = 变压器匝比

电压波形如图所示：

3 正激变换器(Forward Converter)应用举例

已知：输入电压值为 Vi
给定：变压器匝比为 n
调制：占空比为 D
得出：输出电压值为 Vo

应用举例：
应用于输入电压为100V，隔离输出电压需求为5V，隔离变压器圈比为5。求占空比需控制在多少才能使得输出电压稳定在5V？

4 正激变换器(Forward Converter)应用环境

正激变换器特点：

	正激
拓扑形式	隔离降压型
压比(Vo/Vi)	D/n
变压器利用率	低
功率应用范围	<300W
功率密度	低
开关管	一个(原边主动开关)
成本	低
调制方式	脉冲宽度调制(PWM)
控制芯片	UCC38C42

应用环境：

• 控制模块简易稳定
• 一般范围功率输出需求
• 低价格产品应用

希望本文对大家有帮助，上文若有不妥之处，欢迎指正

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