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在此感谢各位前辈大佬的总结，写这个只是为了记录学习大佬资料的过程，内容基本都是搬运的大佬博客，觉着有用自己搞过来自己记一下，如果有大佬觉着我搬过来不好，联系我删。
电路学习------反激电源（2024.09.29）
- 1、什么时候用反激？
- 2、反激电源的关键
- 3、反激电源设计
1、什么时候用反激？
当负载功率较大（也不能太大），DCDC电源不能够满足你的需求，可以选择反激，一般小家电这一类的都用到反激了。
2、反激电源的关键
反激也相当于是用电感来传递能量，只是这个电感比较特殊，所以我们叫它变压器。下图为反激电源的基本电路，变压器的一次和二次绕组的极性相反。
反激相当于控制开关管控制变压器中存储的能量，然后在开关管关闭的时候讲变压器中存储的能量输送至次级绕组、辅助绕组，可以看到反激基本电路里面有几个关键开关管、变压器、二极管。
这里解释一下这几个器件的作用：
开关管：负责控制什么时候给变压器输送能量，什么时候让变压器能量传送到次级端；
变压器：用来存储要传递的能量，这部分能量不是全部传递的，也就是常说的效率问题；
二极管：当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管截止，变压器储存能量，负载由输出电容提供能量。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，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量。
3、反激电源设计
3.1、电源参数要求
输入电压 U i n U_{in} Uin： 125 V 至 315 V 125V至315V 125V至315V
输入电压频率 f i n f_{in} fin： 50 H z 50Hz 50Hz
开关管频率 f s w f_{sw} fsw： 60 k H z 60kHz 60kHz
辅助绕组供电电压 U 辅助 U_{辅助} U辅助： 12 V 12V 12V
输出电压 U o u t U_{out} Uout： 5 V 5V 5V
输出电流 I o u t I_{out} Iout： 5 A 5A 5A
输出功率 P o u t P_{out} Pout： 25 W 25W 25W
电源效率 η η η： 0.80 0.80 0.80
3.2、参数计算
3.2.1、伏秒平衡
伏秒平衡公式
U i n ∗ D = U b a c k ∗ （ 1 − D ） = n ∗ U o u t ∗ （ 1 − D ） U_{in}*D=U_{back}*（1-D）=n*U_{out}*（1-D） Uin∗D=Uback∗（1−D）=n∗Uout∗（1−D）参数说明：
U b a c k U_{back} Uback：副边反射到圆边的反射电压；
n n n：原边与副边的匝数比
反射电压需要根据选择的MOS耐压、输入电压范围选取，这里举个例子：比如我输入电压是100~400V，MOS管耐压为600V，那么假设输入电压为400V时候，相对于MOS耐压有200V裕量，那么我们反射耐压可以取100V，另外多出来的100V用来给输入电压毛刺什么的用，这样就比较合理。所以一般需要根据MOS情况设计反射电压 U b a c k U_{back} Uback。
根据【3.1、电源参数要求】中参数要求，这里输入电压 U i n U_{in} Uin为 125 V 至 315 V 125V至315V 125V至315V，MOS管我们这里选取 V d s V_{ds} Vds为600V的，所以这里
【实验1】反射电压 U b a c k U_{back} Uback可以取
U b a c k = 600 − 315 − 100 = 185 V U_{back}=600-315-100=185V Uback=600−315−100=185V代入3.2.1开头的公式（注意这里 U i n U_{in} Uin代入的是输入电压的最大值）里可得到：
125 V ∗ D = 185 V ∗ （ 1 − D ） 125V*D=185V*（1-D） 125V∗D=185V∗（1−D）进而（注意上式 U i n U_{in} Uin代入的是输入电压的最小值，因为伏秒平衡占空比最大的时候，输入电压是最小的）求出 D = 0.5968 D=0.5968 D=0.5968
之前有说过这个D不能超过0.5，所以这里应该是有问题的，需要重新取反射电压的值。
【实验2】 U b a c k U_{back} Uback可以取
U b a c k = 600 − 315 − 200 = 85 V U_{back}=600-315-200=85V Uback=600−315−200=85V代入3.2.1开头的公式（注意这里 U i n U_{in} Uin代入的是输入电压的最大值）里可得到：
125 V ∗ D = 85 V ∗ （ 1 − D ） 125V*D=85V*（1-D） 125V∗D=85V∗（1−D）进而（注意上式 U i n U_{in} Uin代入的是输入电压的最小值，因为伏秒平衡占空比最大的时候，输入电压是最小的）求出 D = 0.4048 D=0.4048 D=0.4048，这个D值其实还可以。
这里如果算出来这个D很小很小比如0.1左右的，会相当于开关管会刚开就关闭，这个过程会因为MOS管的米勒平台，导致MOS发热巨严重（高压的MOS内阻一般也会很大），这个D最好算出来为0.4几最好（个人认为这样效率会高一点，因为功率平衡嘛，你发热会少，那么损失的能量就少了，相当于传递的能量会多一点，也就是说效率会高了）
3.2.1.1、伏秒平衡计算结果
MOS管导通最大占空比 D = 0.4048 D=0.4048 D=0.4048
3.2.2、电流计算
变压器初级侧电流波形如下图：
利用平均电流构建下面等式（相当于把上半部分三角形切掉放在下半部分，正好组成一个一定周期占比为D的方波，然后按照PWM斩波思想，相当于等效为了平均电流）：
I i n ( a v g ) = P o u t η U i n = I p k 初 2 ∗ D I_{in(avg)}=\frac{\frac{P_{out}}{η}}{U_{in}}=\frac{I_{pk初}}{2}*D Iin(avg)=UinηPout=2Ipk初∗D
参数说明：
I a v g I_{avg} Iavg：平均电流
D D D：占空比（反激中该值不能超过0.5，如果超过0.5需要做补偿什么的，反正就是很麻烦）
将【3.2.1.1、伏秒平衡计算结果】计算出的 D = 0.4048 D=0.4048 D=0.4048代入3.2.2开头的公式里可得到：
25 W 0.8 125 V = I p k 初 2 ∗ 0.4048 \frac{\frac{25W}{0.8}}{125V}=\frac{I_{pk初}}{2}*0.4048 125V0.825W=2Ipk初∗0.4048
进而求出原边侧峰值电流 I p k 初 = 1.2352 A I_{pk初}=1.2352A Ipk初=1.2352A
3.2.2.1、电流计算结果
原边侧峰值电流 I p k 初 = 1.2352 A I_{pk初}=1.2352A Ipk初=1.2352A，注意该值后续会与GS限流电阻有关。
3.2.3、电感计算
L = △ U △ I L=\frac{△U}{△I} L=△I△U参数说明：
L L L：变压器原边侧电感值
△ U △U △U：电压变化值，这里 △ U = T o n ∗ U i n = T ∗ D ∗ U i n = 1 f ∗ D ∗ U i n = D f ∗ U i n △U=T_{on}*U_{in}=T*D*U_{in}=\frac{1}{f}*D*U_{in}=\frac{D}{f}*U_{in} △U=Ton∗Uin=T∗D∗Uin=f1∗D∗Uin=fD∗Uin
△ I △I △I：电流变化值，这里因为设计的是DCM或QR模式，所以电流变化值就是 I p k I_{pk} Ipk
所以有 L = △ U △ I = D ∗ U i n f I p k 初 L=\frac{△U}{△I}=\frac{\frac{D*U_{in}}{f}}{I_{pk初}} L=△I△U=Ipk初fD∗Uin
将【3.2.1.1、伏秒平衡计算结果】、【3.2.2.1、电流计算结果】计算出的 D = 0.4048 D=0.4048 D=0.4048、 I p k 初 = 1.2352 A I_{pk初}=1.2352A Ipk初=1.2352A代入3.2.3中的 L = △ U △ I = D ∗ U i n f I p k 初 L=\frac{△U}{△I}=\frac{\frac{D*U_{in}}{f}}{I_{pk初}} L=△I△U=Ipk初fD∗Uin公式里可得到变压器原边侧电感值为：
L = D ∗ U i n f I p k 初 = 0.4048 ∗ 125 V 60 ∗ 1 0 3 H z 1.2352 A = 6.8275 ∗ 1 0 − 4 H = 0.68275 m H = 682.75 u H L=\frac{\frac{D*U_{in}}{f}}{I_{pk初}}=\frac{\frac{0.4048*125V}{60*10^3Hz}}{1.2352A}=6.8275*10^{-4}H=0.68275mH=682.75uH L=Ipk初fD∗Uin=1.2352A60∗103Hz0.4048∗125V=6.8275∗10−4H=0.68275mH=682.75uH
3.2.3.1、电感计算结果
变压器原边侧电感值 L = 6.8275 ∗ 1 0 − 4 H = 0.68275 m H = 682.75 u H L=6.8275*10^{-4}H=0.68275mH=682.75uH L=6.8275∗10−4H=0.68275mH=682.75uH，该值在实际应用中需要反推 B m a x B_{max} Bmax，蒸保证变压器在最大应力条件下饱和导致炸机。
3.2.4、根据电源输出功率选择变压器骨架
常用变压器磁芯骨架功率对应关系： 常用磁芯与应用功率 对照表
因为这里设计功率为25W，此处选用PQ20/20磁芯，查询规格，其 A e = 62 m m 2 Ae=62mm^2 Ae=62mm2，普通铁氧体最大磁通密度 B m a x B_{max} Bmax为0.3T（特斯拉），但是在温度较高时候，变压器磁芯会饱和，所以一般不能取0.3T（特斯拉），这里为了留有裕量选取0.25T（特斯拉），其中1T=10000Gs（高斯）
3.2.4.1、变压器骨架选择结果
选用PQ20/20磁芯，参数为： A e = 62 m m 2 Ae=62mm^2 Ae=62mm2，
3.2.5、计算变压器初级匝数
N p = I p k 初 ∗ L B m a x ∗ A e N_p=\frac{I_{pk初}*L}{B_{max}*Ae} Np=Bmax∗AeIpk初∗L
将【3.2.2.1、电流计算结果】、【3.2.3.1、电感计算结果】计算出的 I p k 初 = 1.2352 A I_{pk初}=1.2352A Ipk初=1.2352A、 L = 6.8275 ∗ 1 0 − 4 H = 0.68275 m H = 682.75 u H L=6.8275*10^{-4}H=0.68275mH=682.75uH L=6.8275∗10−4H=0.68275mH=682.75uH代入3.2.5中的公式里可得到变压器原边侧匝数为 （注意这里计算过程中的单位变换）：
N p = I p k 初 ∗ L B m a x ∗ A e = 1.2352 A ∗ 6.8275 ∗ 1 0 − 4 H 0.25 T ∗ 62 m m 2 = 1.2352 A ∗ 682.75 u H 0.25 T ∗ 62 m m 2 = 1.2352 A ∗ 682.75 u H 0.25 T ∗ 62 m m 2 = 54.408 匝 \begin{aligned} N_p=\frac{I_{pk初}*L}{B_{max}*Ae} & =\frac{1.2352A*6.8275*10^{-4}H}{0.25T*62mm^2}\\ & =\frac{1.2352A*682.75uH}{0.25T*62mm^2}\\ & =\frac{1.2352A*682.75uH}{0.25T*62mm^2}\\ & =54.408匝 \end{aligned} Np=Bmax∗AeIpk初∗L=0.25T∗62mm21.2352A∗6.8275∗10−4H=0.25T∗62mm21.2352A∗682.75uH=0.25T∗62mm21.2352A∗682.75uH=54.408匝
3.2.5.1、变压器初级匝数计算结果
变压器初级匝数 N p = 54.408 匝 ≈ 55 匝 N_p=54.408匝≈55匝 Np=54.408匝≈55匝
3.2.6、计算变压器匝数比
U b a c k = n ∗ ( U o u t + U d ) U_{back}=n*(U_{out}+U_{d}) Uback=n∗(Uout+Ud)参数说明：
U b a c k U_{back} Uback：变压器原边侧反射电压
U o u t U_{out} Uout：输出电压
U d U_{d} Ud：次级端二极管压降，此处取 0.7 V 0.7V 0.7V
将【3.2.1、伏秒平衡】、电源输出电压的 U b a c k = 85 V U_{back}=85V Uback=85V、 U o u t = 5 V U_{out}=5V Uout=5V代入3.2.6开头的公式里可得到变压器原边侧匝数为 ：
n = U b a c k U o u t + U d = 85 V 5 V + 0.7 V = 14.912 \begin{aligned} n=\frac{U_{back}}{U_{out}+U_{d}} & =\frac{85V}{5V+0.7V}\\ & =14.912 \end{aligned} n=Uout+UdUback=5V+0.7V85V=14.912
3.2.6.1、变压器匝数比计算结果
变压器匝数比 n = 14.912 ≈ 15 n=14.912≈15 n=14.912≈15
3.2.7、计算变压器次级匝数
n = N p N s n=\frac{N_{p}}{N_{s}} n=NsNp参数说明：
n n n：变压器初级与次级匝数比
N p N_{p} Np：变压器初级侧匝数
N s N_{s} Ns：变压器次级侧匝数
将【3.2.5.1、变压器初级匝数计算结果】、【3.2.6.1、变压器匝数比计算结果】的 N p = 54.408 匝 ≈ 55 匝 N_p=54.408匝≈55匝 Np=54.408匝≈55匝、变压器匝数比 n = 14.912 ≈ 15 n=14.912≈15 n=14.912≈15代入3.2.7开头的公式里可得到变压器次级侧匝数为 ：
N s = N p n = 55 15 = 3.66667 匝 \begin{aligned} N_{s}=\frac{N_{p}}{n} & =\frac{55}{15}\\ & =3.66667匝 \end{aligned} Ns=nNp=1555=3.66667匝
3.2.7.1、变压器次级匝数计算结果
变压器次级匝数 N s = 3.66667 N_{s}=3.66667 Ns=3.66667，此处取 N s = 4 N_{s}=4 Ns=4
3.2.7.2、反推反射电压验证
变压器实际匝数比
n = N p N s = 55 4 = 13.75 \begin{aligned} n=\frac{N_{p}}{N_{s}} & =\frac{55}{4}\\ & =13.75 \end{aligned} n=NsNp=455=13.75
那么反射电压 U b a c k = n ∗ ( U o u t + U d ) = 13.75 ∗ ( 5 V + 0.7 V ) = 78.375 V \begin{aligned} U_{back}=n*(U_{out}+U_{d}) & =13.75*(5V+0.7V)\\ & =78.375V \end{aligned} Uback=n∗(Uout+Ud)=13.75∗(5V+0.7V)=78.375V【3.2.1、伏秒平衡】中取的 U b a c k = 85 V U_{back}=85V Uback=85V，与该值差不了多少，没必要再重新算了。
3.2.8、计算变压器辅助级匝数
U s + U d U v c c + U d = N s N v c c \frac{U_{s}+U_{d}}{U_{vcc}+U_{d}}=\frac{N_{s}}{N_{vcc}} Uvcc+UdUs+Ud=NvccNs参数说明：
U s U_{s} Us：变压器次级侧输出电压
U v c c U_{vcc} Uvcc：变压器辅助级侧输出电压
U d U_{d} Ud：变压器次级侧、辅助级侧二极管管压降，这里假设管压降都是0.7V
N s N_{s} Ns：变压器次级侧匝数
N v c c N_{vcc} Nvcc：变压器辅助级侧匝数
将 U s = 5 V + 0.7 V = 5.7 V U_{s}=5V+0.7V=5.7V Us=5V+0.7V=5.7V、 U v c c = 12 V + 0.7 V = 12.7 V U_{vcc}=12V+0.7V=12.7V Uvcc=12V+0.7V=12.7V代入3.2.8开头的公式里可得到变压器辅助级侧匝数为 ：
U s + U d U v c c + U d = N s N v c c \frac{U_{s}+U_{d}}{U_{vcc}+U_{d}}=\frac{N_{s}}{N_{vcc}} Uvcc+UdUs+Ud=NvccNs
N v c c = U v c c + U d U s + U d ∗ N s = 12 V + 0.7 V 5 V + 0.7 V ∗ 4 = 8.912 匝 \begin{aligned} N_{vcc}=\frac{U_{vcc}+U_{d}}{U_{s}+U_{d}}*N_s & =\frac{12V+0.7V}{5V+0.7V}*4\\ & =8.912匝 \end{aligned} Nvcc=Us+UdUvcc+Ud∗Ns=5V+0.7V12V+0.7V∗4=8.912匝
3.2.8.1、变压器辅助级匝数计算结果
变压器辅助级匝数 N v c c = 8.912 匝 ≈ 9 匝 N_{vcc}=8.912匝≈9匝 Nvcc=8.912匝≈9匝，此处取 N v c c = 9 匝 N_{vcc}=9匝 Nvcc=9匝
3.2.9、计算变压器初级侧电流有效值
I m 初 = I p k ∗ D 3 I_{m初}=I_{pk}*\sqrt{\frac{D}{3}} Im初=Ipk∗3D 参数说明：
I m 初 I_{m初} Im初：初级电流有效值
I p k 初 I_{pk初} Ipk初：初级峰值电流
D D D：开关管的最大占空比
将【3.2.2.1、电流计算结果】、【3.2.1、伏秒平衡】的 I p k 初 = 1.2352 A I_{pk初}=1.2352A Ipk初=1.2352A、 D = 0.4048 D=0.4048 D=0.4048代入3.2.9开头的公式里可得到变压器次级侧匝数为 ：
I m 初 = I p k 初 ∗ D 3 = 1.2352 A ∗ 0.4048 3 = 1.2352 A ∗ 0.3673 = 0.4537 A \begin{aligned} I_{m初}=I_{pk初}*\sqrt{\frac{D}{3}} & =1.2352A*\sqrt{\frac{0.4048}{3}}\\ & =1.2352A*0.3673\\ & =0.4537A\\ \end{aligned} Im初=Ipk初∗3D =1.2352A∗30.4048 =1.2352A∗0.3673=0.4537A
3.2.8.1、变压器初级侧电流有效值计算结果
电流有效值 I m = 0.4537 A I_m=0.4537A Im=0.4537A。
3.2.8.2、根据初级电流有效值计算变压器初级侧线径
电流密度一般取 5 至 7 A / m m 2 5至7A/mm^2 5至7A/mm2，按照 5 A / m m 2 5A/mm^2 5A/mm2计算直径0.2mm的线可通过的电流为0.1575A，按照 5 A / m m 2 5A/mm^2 5A/mm2计算直径0.15mm的线可通过的电流为0.35325A，按照 5 A / m m 2 5A/mm^2 5A/mm2计算直径0.4mm的线可通过的电流为0.628A，这里根据【3.2.8.1、变压器初级侧电流有效值计算结果】电流有效值 I m = 0.4537 A I_m=0.4537A Im=0.4537A，可选取直径为0.4mm的线径绕制。
3.2.10、计算变压器次级侧峰值电流、电流有效值
【3.2.2、电流计算】的变压器初级侧电流波形图是充电过程，那么次级放电的过程为下图：
【3.2.2、电流计算】的变压器初级侧电流波形图是充电过程占空比为 D = 0.4048 D=0.4048 D=0.4048，那么次级放电的占空比为 1 − 0.4048 = 0.5952 1-0.4048=0.5952 1−0.4048=0.5952
n = I p k 次 I p k 初 n=\frac{I_{pk次}}{I_{pk初}} n=Ipk初Ipk次 I m 次 = I p k 次 ∗ 1 − D 3 I_{m次}=I_{pk次}*\sqrt{\frac{1-D}{3}} Im次=Ipk次∗31−D 参数说明：
I m 次 I_{m次} Im次：次级电流有效值
I p k 次 I_{pk次} Ipk次：次级峰值电流
D D D：开关管的最大占空比
n n n：变压器初级与次级匝数比
将【3.2.6.1、变压器匝数比计算结果】、【3.2.2.1、电流计算结果】、【3.2.1、伏秒平衡】的 n = 15 n=15 n=15、 I p k 初 = 1.2352 A I_{pk初}=1.2352A Ipk初=1.2352A、 D = 0.4048 D=0.4048 D=0.4048均代入3.2.10开头的两个公式里可得到变压器次级峰值电流、次级侧电流有效值 ：
I p k 次 = n ∗ I p k 初 = 15 ∗ 1.2352 A = 18.528 A I_{pk次}=n*I_{pk初}=15*1.2352A=18.528A Ipk次=n∗Ipk初=15∗1.2352A=18.528A I m 次 = I p k 次 ∗ 1 − D 3 = 18.528 A ∗ 1 − 0.4048 3 = 8.253 A I_{m次}=I_{pk次}*\sqrt{\frac{1-D}{3}}=18.528A*\sqrt{\frac{1-0.4048}{3}}=8.253A Im次=Ipk次∗31−D =18.528A∗31−0.4048 =8.253A
3.2.10.1、变压器次级侧峰值电流、电流有效值计算结果
变压器次级峰值电流 I p k 次 = 18.528 A I_{pk次}=18.528A Ipk次=18.528A。
变压器次级侧电流有效值 I m 次 = 8.253 A I_{m次}=8.253A Im次=8.253A。
（可以看到这里次级峰值电流能达到18A，那么这个18A需要输出端电解电容去吸收这个峰值，这也是反激拓扑的缺点。）
3.2.10.2、根据次级电流有效值计算变压器初级侧线径
电流密度一般取 5 至 7 A / m m 2 5至7A/mm^2 5至7A/mm2，按照 5 A / m m 2 5A/mm^2 5A/mm2计算直径0.2mm的线可通过的电流为0.1575A，按照 5 A / m m 2 5A/mm^2 5A/mm2计算直径0.15mm的线可通过的电流为0.35325A，按照 5 A / m m 2 5A/mm^2 5A/mm2计算直径0.4mm的线可通过的电流为0.628A，按照 5 A / m m 2 5A/mm^2 5A/mm2计算直径1.0mm的线可通过的电流为3.925A，按照 5 A / m m 2 5A/mm^2 5A/mm2计算直径1.4mm的线可通过的电流为7.693A，按照 5 A / m m 2 5A/mm^2 5A/mm2计算直径1.6mm的线可通过的电流为10.048A，这里根据【3.2.10.1、变压器次级侧峰值电流、电流有效值计算结果】电流有效值 I m 次 = 8.253 A I_{m次}=8.253A Im次=8.253A，可选取单根直径为1.6mm的线径绕制，或者多股稍细线径并联绕制。