反激式（Flyback）變壓器又稱單端反激式或“Buck-Boost”轉(zhuǎn)換器。因其輸出端在原邊繞組斷開電源時獲得能量故而得名。反激式變換器以其電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉而深受廣大開發(fā)工程師的喜愛。反激式變壓器適合小功率電源以及各種電源適配器。但是反激式變換器的設(shè)計難點是變壓器的設(shè)計，因為輸入電壓范圍寬，特別是在低輸入電壓，滿負載條件下變壓器會工作在連續(xù)電流模式，而在高輸入電壓，輕負載條件下變壓器又會工作在不連續(xù)電流模式?；驹?/p>

　　當(dāng)開關(guān)晶體管Tr ton時，變壓器初級Np有電流 Ip，并將能量儲存于其中（E = LpIp / 2）。由于Np與Ns極性相反，此時二極管D反向偏壓而截止，無能量傳送到負載。當(dāng)開關(guān)Tr off 時，由楞次定律： （e = -N△Φ/△T）可知，變壓器原邊繞組將產(chǎn)生一反向電勢，此時二極管D正向?qū)?，負載有電流IL流通。反激式轉(zhuǎn)換器之穩(wěn)態(tài)波形

　　導(dǎo)通時間 ton的大小將決定Ip、Vce的幅值：

　　Vce max = VIN / 1-Dmax

　　VIN： 輸入直流電壓 ; Dmax ： 最大工作周期

　　Dmax = ton / T

　　由此可知，想要得到低的集電極電壓，必須保持低的Dmax，也就是Dmax《0.5，在實際應(yīng)用中通常取Dmax = 0.4，以限制Vcemax ≦ 2.2VIN.

　　開關(guān)管Tr on時的集電極工作電流Ie，也就是原邊峰值電流Ip為： Ic = Ip = IL / n. 因IL = Io，故當(dāng)Io一定時，匝比 n的大小即決定了Ic的大小，上式是按功率守恒原則，原副邊安匝數(shù) 相等 NpIp = NsIs而導(dǎo)出。 Ip亦可用下列方法表示：

　　Ic = Ip = 2Po / （η*VIN*Dmax）η： 轉(zhuǎn)換器的效率

　　公式導(dǎo)出如下：

　　輸出功率 ： Po = LIp2η / 2T

　　輸入電壓 ： VIN = Ldi / dt設(shè) di = Ip，且 1 / dt = f / Dmax，則：

　　VIN = LIpf / Dmax 或 Lp = VIN*Dmax / Ipf

　　則Po又可表示為 ：

　　Po = ηVINf DmaxIp2 / 2f Ip = 1/2ηVINDmaxIp

　　∴Ip = 2Po / ηVINDmax

　　上列公式中 ：

　　VIN ： 最小直流輸入電壓 （V）

　　Dmax ： 最大導(dǎo)通占空比

　　Lp ： 變壓器初級電感 （mH）

　　占空比是脈沖寬度調(diào)制（PWM）開關(guān)電源的調(diào)制度，開關(guān)電源的穩(wěn)壓功能就是通過自動改變占空比來實現(xiàn)的，開關(guān)電源的輸出電壓與占空比成正比，開關(guān)電源輸出電壓的變化范圍基本上就是占空比的變化范圍。由于開關(guān)電源輸出電壓的變化范圍受到電源開關(guān)管擊穿電壓的限制，因此，正確選擇占空比的變化范圍是決定開關(guān)電源是否可靠工作的重要因素；而占空比的選擇主要與開關(guān)電源變壓器初、次級線圈的匝數(shù)比有關(guān)，因此，正確選擇開關(guān)電源變壓器初、次級線圈的匝數(shù)比也是一個非常重要的因素。

　　占空比

　　占空比一般是指，在開關(guān)電源中，開關(guān)管導(dǎo)通的時間與工作周期之比，即：

　　式中：D為占空比，Ton為開關(guān)管導(dǎo)通的時間，Toff為開關(guān)管關(guān)斷的時間，T為開關(guān)電源的工作周期。對于一個脈沖波形也可以用占空比來表示。

　　在反激式開關(guān)電源中，開關(guān)管導(dǎo)通的時候，變壓器次級線圈是沒有功率輸出的，D1、D2有下面關(guān)系：

　　開關(guān)變壓器初次級線圈的輸出波形

　　圖是輸出電壓為交流的開關(guān)電源工作原理圖。為了便于分析，我們假說變壓器初次級線圈的變壓比為1:1（即N1=N2，L1=L2），當(dāng)開關(guān)K又導(dǎo)通轉(zhuǎn)斷開時，變壓器初級、次級線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢為：

　　（3）式中：iu為變壓器初級線圈的勵磁電流，由此可知，變壓器初、次級線圈產(chǎn)生的反電動勢主要是由勵磁電流產(chǎn)生的。我們從（2）可以看出，當(dāng)變壓器初、次級線圈的負載電阻R很大或者開路的情況下，變壓器初、次級線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢峰值是非常高的，如果這個電壓直接加到電源開關(guān)管兩端，電源開關(guān)管一定會被擊穿。為了便于分析，我們引進一個半波平均值的概念，我們把Upa、Upa-分別定義為變壓器初、次級線圈感應(yīng)電動勢正、負半周的半波平均值。半波平均值就是把反電動勢等效成一個幅度等于Upa或Upa-的方波，如圖中的Upa-所示。

　　反激式變壓器初次級線圈的輸出波形

　　圖為反激式開關(guān)電源的工作原理圖，圖為反激式開關(guān)電源變壓器初、次級線圈的波形（N1=N2時）。圖中的Ui、uL1、uL2、Up、Upa、Upa-、Ua、Ua-等前面都已經(jīng)介紹過，圖中只多了一個整流濾波輸出電壓Uo。所謂反激式開關(guān)電源，就是電源開關(guān)管導(dǎo)通時，開關(guān)電源無功率輸出，僅在電源開關(guān)管截止時才有功率輸出。在反激式開關(guān)電源中，由于整流二極管以及儲能濾波電容的作用，它會把變壓器初、次級線圈產(chǎn)生的反電動勢進行平均，使峰值脈沖電壓Up（Up-）被平均成半波平均值Upa（Upa-），這相當(dāng)于限幅的作用，因為充滿電的電容相當(dāng)于一個電壓等于Uo的電池。這種限幅作用是假說開關(guān)電源變壓器初、次級線圈沒有漏感的情況下才能成立。

　　占空比的選擇和計算

　　1.圖中uL1為變壓器初級線圈N1產(chǎn)生的反電動勢，藍、紅色箭頭分別表示開關(guān)接通和關(guān)斷時，感應(yīng)電動勢的方向。

　　2.圖4b藍色為開關(guān)接通時變壓器初級線圈N1產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢波形；紅色為開關(guān)關(guān)斷時N1產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢波形。

　　在圖中，由于變壓器存儲的能量和釋放的能量相等，所以藍色波形的面積等于紅色波形的面積。

　　即：

　　Upa-×Ton=Upa×Toff

　　或

　　Ui×Ton=Upa×Toff

　　把占空比：待入上式就可以求得：

　　Upa=（Ui＋Upa）×D………（4）

　　該式就是我們用來選擇和計算占空比D的關(guān)系式。

　　由圖中可以看出，（4）式括弧中的值（Ui＋Upa）正好就是電源開關(guān)管兩端的電壓，電源開關(guān)管的耐壓有限，因此，開關(guān)電源的最大占空比要受到電源開關(guān)管的最高耐壓BVm值的限制。

　　在實際應(yīng)用中，由于變壓器初級線圈的漏感是不能忽視的，因為，這個漏感產(chǎn)生的反電動勢不能通過次級整流濾波電路對其進行限幅。從（2）式可知，這個反電動勢的峰值非常大。因此，在變壓器初級線圈回路中還要另設(shè)一個限幅電路。

　　圖中L0為變壓器初級線圈的漏感（一般為5~10%，與初次級線圈的繞法有關(guān)），L0產(chǎn)生的反電動勢會迭加在初級線圈L1產(chǎn)生的半波平均值電壓上。通過D1、C1、R1的作用可以對L0產(chǎn)生的反電動勢進行限幅，其半波平均值的大小，可以通過調(diào)整R1和C1的大小來改變，使之不要超過L1產(chǎn)生的半波平均值的5%。

　　如果把漏感L0產(chǎn)生的反電動勢也一起進行考慮，當(dāng)輸入電壓為最大值時，上面（4）式應(yīng)該改寫為：

　　Upm=（Uim＋Upm）Dmax……………（5）

　　（5）式中，Upm為變壓器初級線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大峰值，當(dāng)采用限幅電路之后，Upm的值就等于初級線圈L1和L0分別產(chǎn)生反電動勢的半波平均值之和。此值與漏感大小有關(guān)，Upm大約比無漏感時的Upa大5~8%。如果把上式括?。║im＋Upm）中的值換成BVm，則（5）式又可以改寫為：

　　Upm=BVm×Dmax…………（6）

　?。?）式中，BVm=（Uim＋Upm），為電源開關(guān)管的最高耐壓，Dmax為：當(dāng)輸入電壓為最大值（Uim），且改變占空比使電源開關(guān)管兩端電壓達到最高耐壓值時，此時占空比所能達到的最大值，即極限值。

　　值得指出的是：占空比是隨著輸入電壓變化而變化的，當(dāng)輸入電壓為最大值時，此時動態(tài)變化的D應(yīng)該為最小值Dmin，但（6）式中的極限值Dmax則另有意義，它表示：當(dāng)輸入電壓為最大值，且此時的占空比D也達到極限值Dmax時，電源開關(guān)管將會過壓被擊穿。因此，實際工作中的最小占空比Dmin應(yīng)該比（6）式中的Dmax小好多，一般取Dmin=0.7Dmax較為合適。由此我們可以得出結(jié)論：

　　在設(shè)計反激式開關(guān)電源時，可根據(jù)（5）式和（6）式來計算占空比Dmax的最大值。

　　占空比計算舉例

　　設(shè)計一個反激式開關(guān)電源，輸入電壓最大值為AC260V，假設(shè)，電源開關(guān)管的最大耐壓為650V，求開關(guān)電源的最小占空比Dmin。

　　第一步，求極限占空比Dmax：

　　Upm=BVm×Dmax——（6）

　　已知：

　　Uim=260×1.414=368（V）；

　　BVm=650V；

　　Upm=650－368=284（V）

　　把上面結(jié)果代入（6）式：Upm=BVm×Dmax得：

　　284=650×Dmax，即：Dmax=0.437

　　第二步，求最小占空比Dmin：

　　在實際應(yīng)用中，為了安全，最小占空比Dmin最少要比極限占空比Dmax多留30%的余量，由此可求得：

　　Dmin=Dmax×0.7=0.437×0.7=0.306……（7）

　　Ip ： 變壓器原邊峰值電流 （A）

　　f ： 轉(zhuǎn)換頻率 （KHZ）