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单端反激式开关电源脉冲变压器工作方式的分析
李永刚
李锦萍
马昆宝
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（首都师范大学信息工程学院，北京
摘要
单端反激式隔离集成控制器开关电源，涉及到电气工程的许多方面内容?虽然这种开关电源集成控制器的种类很多，但是该电源的核心部件脉冲变压器是具有共性的?本文叙述了该类电源脉冲变压器的工作状态，能量的储存、释放、传递与转换的一些问题?
关键词：隔离，反激式，脉冲变压器，能量储存，能量释放，磁通复位?中图分类号：BC%
单端反激式隔离脉冲变压器能量传递方式有两种。第一种，完全能量传递方式：即在每个开关周期内存储在脉冲变压器初级绕组中的能量必须保证通过次级绕组向直流负载完全释放掉；第二种，不完全能量传递方式，即在开关周期内储存在变压器初级绕组中的能量，不全部通过次级绕组向直流负载释放完毕，而保留一定的能量，脉冲变压器只是在每个周期内从高压直流电源侧吸收直流负载所消耗的能量?
根据脉冲变压器在能量传递中，初、次级电流的特点，又分为三种工作方式：即非连续工作方式、临界工作方式和连续工作方式，前两种为完全能量传递方式而后者为不完全能量传递方式?脉冲变压器工作方式直接决定着开关电源电路中的各种参数（包括变压器本身和电路各种元器件），决定着开关电源将交流功率变换为直流功率的全过程?
典型单端反激式隔离开关电源电路如图@所次级绕组"$@、示，脉冲变压器BG包括初级绕组"#、从图中变压器绕组同名端"$!和辅助电源绕组"%，
极性的标注可以看出它是反激形式的脉冲变压器!>CH:功率开关管&受IFC控制器J/@的驱动，’$
为初级绕组充电电流峰值检测电阻，次级的负载有两路直流输出，分别为()@和()!，辅助绕组所产生的直流电源(%供给IFC控制器?主输出直流电压
!引言
各种台式电子设备的供电绝大多数直接取自交流电源，为了减小体积、提高效率，往往采用高频开关电源电路形式!单端反激式隔离开关电源常常用于消耗功率不超过@$$F的电子设备!虽然这类开
关电源的电路形式有所不同，但是电源的基本结构和工作原理是类似的!其中的脉冲变压器在开关电源中起着能量储存、传递、释放的重要作用，正确的设计、制作和调试是电路能够正常工作的基础!对于提高电磁兼容性、提高效率、增强可靠性和稳定性等方面都是极其重要的!
"脉冲变压器的作用和工作方式
开关电源中的脉冲变压器起着极其重要的作
用：第一，通过它实现电场D磁场D电场的能量转换，按照负载的需要将交流功率实时动态地变换为直流功率，实现直流稳压电源供电的目的；第二，实现变压作用，通过脉冲变压器的初级绕组与多个次级绕组可以输出多组不同的直流稳定电压值，为不同电路单元提供直流能量；第三，实现传统电源变压器的电隔离作用，将“热地”和“冷地”隔离，避免触电事故，保证用户端的安全?
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首都师范大学学报（自然科学版）$++2年
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脉冲变压器三种工作方式分析
连续工作方式
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如果输出电流大于=7)，则电源工作在连续方式；如果输出电流小于=7)，则电源工作在非连续方式(因为连续工作方式与非连续工作方式输出直流电压的表达式截然不同，
开关电源电路的各个元器件参数是确定的，在交流电源电压波动以及负载大小变化时，很难保证电源在整个工作期间准确地工作在临界工作方式下(因此，在设计开关型稳压电源时一般不采用临界工作方式(
式中;3为电源的开关频率，+,是直流负载电阻(可以看出当电源相关参数确定后，输出直流电压-7的数值不仅与./有关，还与输出端的负载+,的大小有关，（即负载越轻），输出的直流电压越+,越大高；而+,越小（即负载越重），则输出的直流电压越
（负载开始）就会形成过高的直流低(如果+,过大
输出电压，这种高压将直接威胁着相关电路耐压值有限的元器件，严重时会造成击穿损坏(因此这种工作方式下的开关电源是绝对不允许将直流输出端开路的（通常在负载两端额外并联一个阻值较大的电阻作为假负载）(
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较小，相应充磁结束时的峰值电流也小，因此,
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导通时的损耗就小，降低了对,的要求，这就需要
次级绕组的电感量相对大一些，其结果会使!"初、
各个绕组的圈数较多，变压器体积较大，分布电容和
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一些，线圈的圈数较少，变压器体积、分布电容和漏首先是在!#$$感就小"这种工作方式的优点比较多，
结束之前次级整流二极管已经截止，%重新导通的瞬间不会形成电流交叉区，因此损耗明显减小"其次，由于在每个周期结束时，磁芯的剩磁为零（即磁通也为零），绝对保证了磁通复位，磁通变化呈现重复性，也适合长时间在温度波动的恶劣环境下工作"虽然这种方式直流输出电压)#的大小与输入电压
但是只要保证在直流输出*(及负载+,的变化有关，
端不开路（可以是负载电路本身或假负载），利用这种电路形式对输入电压或负载电流的突然变化反映迅速的特点，采用稳定性很好的双环路反馈（输出直流电压隔离取样反馈外环路与初级绕组充磁峰值电流取样反馈内环路）控制系统，就可以在每一个周期时间内对前一个周期对应的直流输出电压值和初级绕组充磁峰值电流值，通过开关电源的脉冲宽度调制（#,-）器，迅速地调整脉冲占空比，达到使输出的直流电压稳定的目的"同样利用拉普拉斯变换确定系统传递函数时，使系统的零、极点全部在复平面的左半平面内，系统十分稳定"但是这种方式的开关电源对各个元器件的参数要求较高，%允许的峰值
电流应该是前者的*./倍，耐压值也要比前者高许多，为了防止出现磁通饱和还需要对&’的磁芯进行精细的气隙研磨处理，由于功率开关管关断的瞬间会有一个较大的瞬态峰值电压脉冲，需要一个较大，会在+!
直流负载的地线上形成比较大的尖峰噪声，为此需这类电源充磁电流的(01网络来吸收，
要较大的滤波电容，同时还要对电路的布线作精细的处理，为了减小铜损要求&’绕组采用多股导线并联绕制形式，要在考虑电磁兼容性问题时对电源的屏蔽等方面需要，增加一些措施"
!结束语
虽然非连续工作方式的单端反激式隔离开关电
源对元器件的参数指标及一些技术处理要求较高，但是与连续工作方式比较起来，它的优点更多，尤其
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的损耗就大，但是&’初、次级绕组的电感量相对小
较大，同样峰值电流相应较大，因此%
是其可靠性和稳定性要远远高于后者"随着开关电源技术的成熟和与之配套的元器件的技术指标的不断提高，实际上目前绝大多数单端反激式隔离开关电源都采用非连续工作方式"
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考文献
王鸿鳞"现代通信电源"北京：人民邮电出版社，!##$：%&’$&
刘胜利"现代高频开关电源实用技术"北京：电子工业出版社，(&&!：!)’*$张占松"开关电源的原理与设计"北京：电子工业出版社，!##+：(&’!&)
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作者简介
李永刚，首都师范大学信息工程学院电子信息工程系主任，副教授，硕士研究生导师"
（上接第!2页）
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考文献
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单端反激式隔离集成控制器开关电源，涉及到电气工程的许多方面内容?虽然这种开关电源集成控制器的种类很多，但是该电源的核心部件脉冲变压器是具有共性的?本文叙述了该类电源脉冲变压器的工作状态，能量的储存、释放、传递与转换的一些问题?
关键词：隔离，反激式，脉冲变压器，能量储存，能量释放，磁通复位?中图分类号：BC%
单端反激式隔离脉冲变压器能量传递方式有两种。第一种，完全能量传递方式：即在每个开关周期内存储在脉冲变压器初级绕组中的能量必须保证通过次级绕组向直流负载完全释放掉；第二种，不完全能量传递方式，即在开关周期内储存在变压器初级绕组中的能量，不全部通过次级绕组向直流负载释放完毕，而保留一定的能量，脉冲变压器只是在每个周期内从高压直流电源侧吸收直流负载所消耗的能量?
根据脉冲变压器在能量传递中，初、次级电流的特点，又分为三种工作方式：即非连续工作方式、临界工作方式和连续工作方式，前两种为完全能量传递方式而后者为不完全能量传递方式?脉冲变压器工作方式直接决定着开关电源电路中的各种参数（包括变压器本身和电路各种元器件），决定着开关电源将交流功率变换为直流功率的全过程?
典型单端反激式隔离开关电源电路如图@所次级绕组"$@、示，脉冲变压器BG包括初级绕组"#、从图中变压器绕组同名端"$!和辅助电源绕组"%，
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为初级绕组充电电流峰值检测电阻，次级的负载有两路直流输出，分别为()@和()!，辅助绕组所产生的直流电源(%供给IFC控制器?主输出直流电压
!引言
各种台式电子设备的供电绝大多数直接取自交流电源，为了减小体积、提高效率，往往采用高频开关电源电路形式!单端反激式隔离开关电源常常用于消耗功率不超过@$$F的电子设备!虽然这类开
关电源的电路形式有所不同，但是电源的基本结构和工作原理是类似的!其中的脉冲变压器在开关电源中起着能量储存、传递、释放的重要作用，正确的设计、制作和调试是电路能够正常工作的基础!对于提高电磁兼容性、提高效率、增强可靠性和稳定性等方面都是极其重要的!
"脉冲变压器的作用和工作方式
开关电源中的脉冲变压器起着极其重要的作
用：第一，通过它实现电场D磁场D电场的能量转换，按照负载的需要将交流功率实时动态地变换为直流功率，实现直流稳压电源供电的目的；第二，实现变压作用，通过脉冲变压器的初级绕组与多个次级绕组可以输出多组不同的直流稳定电压值，为不同电路单元提供直流能量；第三，实现传统电源变压器的电隔离作用，将“热地”和“冷地”隔离，避免触电事故，保证用户端的安全?
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式中;3为电源的开关频率，+,是直流负载电阻(可以看出当电源相关参数确定后，输出直流电压-7的数值不仅与./有关，还与输出端的负载+,的大小有关，（即负载越轻），输出的直流电压越+,越大高；而+,越小（即负载越重），则输出的直流电压越
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见图*，在这种工作方式下，!"在678期间储存
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作者简介
李永刚，首都师范大学信息工程学院电子信息工程系主任，副教授，硕士研究生导师"
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