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電源適配器反激變換器連續模式的基本工作原理

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電源適配器反激變換器連續模式的基本工作原理

   電源適配器反激拓撲廣泛應用于高電壓、小功率場合（電壓不于500功率小于15W）。當直流輸入電壓較高（不小于160）、初級電流適當時，該拓撲也可以用在輸出功率達到150W的電源適配器中。輸出端可不接濾波電感的特性，使該拓撲在高壓輸出場合具有很大的優勢。面前面討論的正激變換器由于輸出濾波電感必須承受高壓而帶來了許多問題。此外，電源適配器反激變換器不需要高壓續流二極管，使它在高電壓場合下應用更有利。
   補充：電源適配器反激變換器在高壓應用場合還具有另一優勢：相對于其他拓撲而言，電源適配器反激變換器利用較少的繞組匝數，就可獲得較高電壓。


    24V2A電源適配器反激拓撲非常適用于多路輸出的變換器，由于不需要輸出電感，輸入電壓和負載變化時電源適配器反激變換器的各輸出端都能很好地跟隨調整，比前面討論的正激拓撲類型的變換器輸出調整率要好得多所以在輸出功率為50~150W，多路輸出（最多可大于10組隔離輸出）的變換器中常用電源適配器反激拓撲。
    雖然這種拓撲直流輸入電壓可低至5V，但一般更常見于采用經過115V交流電壓整流而得到的160V直流電壓作為輸入。只要變壓器匝比設計得當，則這種拓撲同時應用于由115V交流整流得到的160V和由220V交流整流得到的320V作為直流輸入的場合，從而無需采用圖所示的倍壓整流方案。
    盡管倍壓整流方案被廣泛采用，卻存在一個問題。若將電路從115V交流輸入切換到220V時，必須將圖中的轉換開關置于電源適配器外部（這必然導致安全隱患），或者打開電源適配器機殼進行切換。這兩種方法都有缺陷，4。7節將介紹另一種不需要開關切換的方案。兩種工作模式下的電路拓撲相同，如圖4。1所示。決定電路工作模式的參數只是變壓器的勵磁電感和電路的輸出負載電流。勵磁電感給定后，若負載電流超出規定范圍，電路就會脫離原先設計的斷續工作模式而進入連續模式。下面將對工作模式轉變的原理及其后果進行詳細討論。


如圖所示，斷續模式的初級電流波形前端沒有階梯。而在開關管關斷期間，次級電流是衰減的三角波，且在下一周期開始之前已衰減至零。開關管導通期間儲存于初級的所有能量，在下個周期開始之前已完全由次級傳送至負載。
電源適配器連續模式如圖所示，初級電流有前沿階梯且從前沿開始斜坡上升。在開關管關斷期間，次級電流為階梯上疊加衰減的三角波。當開關管在下個周期開始導通瞬間，次級仍然維持有電流（等于階梯值）。很明顯，在下個周期開關管開通時刻，變壓器儲存能量未完全釋放，仍有能量剩余。
兩種工作模式有完全不同的工作特性和應用場合。傳遞函數中不含右半平面零點的斷續模式電路，其負載電流突變的瞬態響應更快且引起的輸出電壓尖峰更低。
但快速的瞬態響應帶來了一個間題，從圖可見，斷續模式下次級蜂值電流為連續模式下的2~3倍。次級電流波形的平均值即為直流負載電流，若設兩種模式下的關斷時間基本相等，且波形平均值相同，則斷續模式的三角波峰值會明顯比連續模式下的梯形波峰值高很多。

閉路電視攝像頭電源適配器斷續工作模式下的次級電流峰值大，將在開關管關斷瞬間產生較大的輸出電壓尖峰，從而需要較大的LC濾波器。另外，斷續工作模式下的開關管關斷瞬間，較大的次級峰值電流會造成嚴重的RF問題。即使輸出功率不是很大，關斷瞬間次級有較大電流尖峰流入，在輸出線電感產生較高的d／d，從而會在輸出地線上產生嚴重的噪聲。
補充：斷續工作模式主要的優點是，次級整流二極管關斷時電流應力很小，即在開關管Q1下一次導通時刻之前，二極管已經完全關斷。所以在此模式中就不會存在二極管反向恢復的問題，而在高壓應用場合中，這種優勢更加明顯。二極管反向恢復帶來的電流尖峰很難去除，且會帶來較嚴重的RFI問題。
因為較差的波形系數，斷續模式下次級電流的有效值比連續模式下大得多。因此，斷續模式要求更大的導線尺寸和耐高紋波的輸出濾波電容。同時由于電源適配器次級有效值電流較大，斷續模式下的整流二極管的溫升也會更高。而且，斷續模式下的初級電流峰值也會大于連續模式。若輸出功率相同，則圖所示的三角波電流峰值一定比圖所示的梯形電流峰值高。而較大的初級電流峰值，就要求使用更大電流規格且可能更昂貴的開關管。另外，開關管關斷時的初級電流越大就會導致越嚴重的RFI問題。

雖然電源適配器斷續模式存在諸多缺點，但它比連續模式應用更加廣泛。原因有兩個：第一，如前所述，斷續模式本身的變壓器勵磁電感小從而響應快，且輸出負載電流和輸入電壓突變時，輸出電壓瞬態尖峰小：第二，由于連續模式本身的特性（其傳遞函數具有右半平面零點，這將在后面反饋環穩定性一章中討論），必須大幅減小誤差放大器帶寬才能使反饋環穩定。
補充：現代的功率設備比如功率集成度很高的 Top Switch（（開關模塊）類產品，其中與散熱片隔離的芯片中的開關管漏極，是很大的噪聲源。這種產品連同集成的驅動和控制電路，通常使用斷續工作模式的電源適配器反激拓撲來減少RF問題。

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| 發布時間：2019.01.17    來源：電源適配器廠家
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