反激变压器在将能量传输到负载之前先储存能量; 因此,它的工作与普通变压器不同。 它的设计类似于电感器,很大一部分能量存储在间隙中。 更重要的是,电流不会同时在初级和次级绕组中流动,这是与正激变压器的主要区别。 通常还有不止一个次级绕组,这与普通耦合电感器相比有所不同。 本文将重点介绍反激变压器及其寄生参数。 分析包括漏感对多路输出交叉调节和转换器短路行为的影响。
两个变压器绕组之间的漏电感是存储在漏磁通中的能量的量度,漏磁通是一个绕组产生的未耦合到另一个绕组的磁场部分。
变压器中的电流不会同时在初级和次级绕组中循环。 因此,反激变压器中漏感的定义仅适用于初级电源开关换向期间。 当电源开关关闭时,储存在变压器中的能量应由次级绕组提供。 不能立即提供的能量是泄漏能量。
图1 初级关断时反激漏电感的影响和钳位电压的影响
例如,双绕组变压器可以使用“等效”电路表示法进行建模,如图 1所示。总漏抗已移至变压器的次级侧。 相应的变压器结构也显示为初级绕组更靠近中心间隙。 与次级串联的漏电感通过在换向期间产生电压来防止电流变化过快。
当 MOSFET 开关关闭时,Lleak2 将通过产生电压 Vleak2 来阻止任何从零开始的次级电流增加以及初级电流 (IP) 的任何减少,如下所示图 1. 此外,磁化电感将通过产生电压(Vmag1 和 Vmag2)来阻止磁化电流的任何减少,该电压受钳位电路电压 (Vclamp) 的限制。Vclamp 通常显着高于反射输出电压,因此换向期间的磁通下降率将高于关断期间的其余时间。
开关关断时的漏电压可近似为:
即使使用同步整流器,它通常也仅在转换完成后才被激活。 然后,VD 电压代表整流器体二极管两端的初始电压。 当钳位电压达到反射到初级侧的次级电压时,任何向次级的能量转移都将开始。
变压器泄漏以多种方式影响反激电源:
• 换向期间电源开关上的电压尖峰,需要使用缓冲器或钳位电路。
• 初级开关打开时次级电源整流器上的电压尖峰,通常需要使用缓冲器。
• 除非回收泄漏能量,否则效率会降低。
• 交叉调整率受到强烈影响。
• 在换向到次级绕组期间的伏秒损失需要比预期更高的占空比。 由于来自电压反馈环路的补偿,影响包括更高的平均磁化电流、更低的效率和更低的输出负载电流限制。 然而,有可能将这些影响最小化并在换向期间通过初级绕组两端的更高电压加速能量传输,代价是增加初级电源开关上的电压应力,如图 1 所示。请注意,更高的电压 钳位电压可能会降低交叉调节性能。
• 漏感会影响换向期间的电流上升率,如果使用同步整流器,这会反过来影响栅极驱动控制。• 来自变压器的更高辐射 EMI。
初级和次级绕组之间的漏电感可以通过它们之间更好的物理耦合来最小化。 以下设计规则可以帮助实现这一点:
• 尽量减少初级和主要次级绕组之间的间隔。
• 交错绕制。
• 选择具有狭长窗口的核心。 这增加了磁场长度,最小化了初级和次级绕组之间的磁通密度并减少了层数。 另一个好处是较低的交流绕组损耗。
请注意,漏电感是绕组几何形状、匝数以及初级和次级之间的间距的函数。 漏电感与磁芯材料无关,并且不会因绕组与磁芯紧密耦合而降低。