反激式开关电源理论与原理解析
来源：csdn 暖暖的纠结
最近在某宝买了一个ac-dc 开关电源，向他要一个原理图，想着哪里坏了可以自己修一修，结果说没有。这我怎么能忍？？于是自己就结合网上资料和板子的丝印画出了他的原理图。
原理图如下：
开关电源基础知识
开关电源是利用现代电子电力技术，控制开关管开通和关断的时间比率。维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制(pwm) 控制 ic 和mosfet构成。
开关电源的类型
线性稳压器
所谓线性稳压器，也就是我们所说的ldo,一般有这两个特点：
传输元件工作再线性区，它没有开关的跳变。
仅限于降压转换。
开关稳压器
传输器件开关（场效应管），在每个周期完全接通和完全切断的状态。
里面至少包括一个电能储能的元件，如电感或电容。
多种拓扑（降压，升压，降压-升压）。
我们知道，所有的能量都不会凭空消失，损耗的能量最终都会以热的形式传递出去，这样，电路中就需要增加更大的散热片。结果电源的体积就会变大，并且整机的效率也很低。
如果在开关模式的开关电源，不仅可以提高效率，还可以降低热管理。
什么是开关稳压器？
开关稳压器，实现稳压，就需要控制系统（负反馈），从自动控制理论中我们知道，当电压上升时，通过负反馈把他降低，当电压下降时，就把它升上去。这样就形成了一个控制的环路，如pwm（脉宽控制），pfm（频率控制）等。
脉宽调制方式（pwm）
周期性的改变开关的导通与关断时间的简单方法
占空比：开通的时间 ton 与开关周期 t 的比值，ton(开通时间) + toff(关断时间) = t(开关周期)。占空比 d = ton / t 。
但是，我们不能采用一个脉冲输出，需要一种实现能量流动平稳化的方法。通过很多的脉冲，高频的切换，将再开关接通期间存储能量，而在开关切断时提供能量的方法，从而实现平稳。
电子行业中，两种储能元件
实例，简化的降压开关电源
如图，是一个简化的降压开关电源，为了方便电路分析，先不加入反馈控制部分。
状态1 ：当 s1 闭合时，输入的能量从c1 ，通过s1 --> 电感器l1 --> 电容器c2 --> 负载rl供电，此时，电感器l1同时也在 储存能量，可以得到 加载l1上的电压为 ：vin - v0 = l*di/dton。
状态2 ：当 s2 关断时，由于电感储存能量，( 电感阻碍电流的变化，与电流的方向一致，变化时，将电感理解为一个电压源，该电压源输出的电流与原来的一致。)因此，从电感器l1储存的能量 --> 电容器c2 --> 负载rl --> 二极管d1。此时可得式子：l*di/dtoff = v0。
最后我们得出 v0/vin = d
各个器件的作用：
1、电容c1 : 用于使输入电压平稳。
2、电容c2：负责输出电压平稳。
3、钳位二极管：在开关开路时，为电感器提供一条电流通路。
4、电感器 l1：用于存储即将传送置负载的能量。
反激式变换器
反激式变换器是由 buck-boost 变换器推演而来，将电感变换一个隔离变压器，就可以得到下图的反激式变换器。
反激的重要波形
当开关管开通，电感的电流上升，可以看出，它的电流图形和 buck-boosk的图形是非常相似的，它的区别就是一个原副边的匝数比，这里也可以看做变压器就是一个电感的作用。
单端反激式开关电源
单端反激式开关电源如图所示，电路中所谓的单端是指高频变化器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指开关管导通时，高频变压器t初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管d1处于截止状态，再初级绕组中存储能量。当开关管截止时，变压器t初级绕组中存储的能量，通过次级绕组激vd1整流和电容c滤波后向负载输出。
单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。
单端反激式开关电源使用的开关管vt1承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20－200khz之间。
原理框图
原理解析
emi电路（瞬态滤波电路）
市电接入pc开关电源后，首先进入的就是瞬态滤波电路。
所谓的 emi 就是电磁干扰，通常采用共模滤波器，其中包括共模电容，不平衡变压器或者共模电感。共模电容将两个输入线的共摸电流旁路到大地，共摸电感呈现一个平衡阻抗，也就是说，电源线和地线中阻抗相等，这个阻抗对共模噪声呈现阻抗特性。
共模滤波器的作用是消除开关电源特有的开关干扰，以保证设备自身和电网中的其他设备免除干扰。
原理图：
f1 : 保险管，电流过大时，保护电路。
r1 r2 : 放电电阻，给这部分滤波放电，使用多个电阻是为了分散承受放电的功率。
c11 : x电容，对差模干扰起滤波作用，也就是输入的两端。
l1 : 共模电感，衰减共模电流。
整流滤波电路
交流电，经过整流桥整流后，经过c2滤波后得到较为纯净的直流电压。若c2容量变小，输出的交流纹波将增大。
电容充放电图：
ntc 热敏电阻：在电路的输入端串联一个负温度系数的热敏电阻增加线路的阻抗，这样可以有效的抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流。
当电路进入稳态工作时，由于线路中持续工作电流引发 ntc 发热，使得电阻器的电阻值变得很小，对线路造成的影响可以完全忽略。
芯片启动电路
cr6842具有2中启动方式：
(1) 传统启动方式：使用vdd作启动引脚时，芯片支持整流前启动与整流滤波后启动，启动电路如下：
(2) 具有ocp补偿功能的启动方式：使用3脚vin作为启动引脚时芯片具有ocp补偿功能，但仅支持从整流滤波后启动的方式，如下所示：
原理解析：
ocp补偿功能的启动，
左侧，当系统的输入电压发送变化时，通过启动电阻流经vin端的电流也会发生变化，芯片通过检测该端口变化值来自动实现补偿，使系统达到恒定功率输出的目的。
右侧，当电源上电开机时，通过启动电阻r11给 vdd端的电容c1 充电，直到vdd端口电压达到芯片的启动电压 vth(on) （典型值 16.5v）时，芯片才被激活并且驱动整个电源系统正常工作。
开关on通路与电流检测（限流保护）
开关电源on的通路，其中r8为工作电流检测电阻。
r9 与 c5 构成r-c网络，避免由于sense 端的电流反馈信号前沿噪声干扰持续时间超过芯片内置的前沿消隐（leb）时间导致系统性能异常。
推荐r-c网络的取值：r<680ω ，c < 1000pf。
开关off通路
能量不可能凭空消失，因此需要一个回路来释放电感存储的能量，开关off时，通过二极管d6 电阻r10 释放能量，此处的电容与电阻并联，为了避免开关管的高频信号影响直流分量信号，起滤波作用。
加速关断驱动
mos管一般都是慢开快关。在关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供mosfet栅源极间电容电压快速泄放，保证开关管能快速关断。
为使栅源极间电容电压的快速泄放，常在驱动电阻上并联一个电阻和一个二极管，如上图所示，其中d1常用的是快恢复二极管。这使关断时间减小，同时减小关断时的损耗。rg2是防止关断的时电流过大，把电源ic给烧掉。
开关管工作频率
cr6842 允许设计者依据系统的使用环境自行调制系统的工作频率，cr6842的典型工作频率为65khz，其应用电路如下：
如上，我们设置的工作频率为 fpwm = 1742 / 24 = 72.58khz。
同步整流滤波电路
d5 为整流二极管，保证单向导通。
c6 与 r12 串联组成吸收回路与二极管并联，其作用是抑制方向峰值电压（削弱尖峰）对二极管的造成耐压不足引起损坏。
也就是我们所说的缓冲电路：
l3 为续流电感，避免负载电流的突变，起到平滑电流作用。
电容 c4 c7 c8 为输出滤波。
光耦和tl431联合用在开关电源中的电压反馈电路
tl431 工作原理如下：
上图中的431不是用于稳压，而是用作一个电压门限开关，它与r14，r15一起检测+12v电压的变化，当+12v电压升高时，431的k极和a极短接，然后将光耦发光二极管的阴极接地，光耦导通，电源芯片（tmg0165）的第一管脚（fb）被拉低，芯片便调整输出占空比，使+12v电压降低。当+12v降低时，光耦不导通，电源芯片 fb 端为高电平，调整输出占空比，使+12v升高。
tl431 原理框图：
tl431 用作稳压电路时，典型电路如下：
当输入电压变化时，431会将变化的电压通过电流的作用转化到输入端的电阻上，其过程为：当输入端电压升高时，431的 k 极与 a 极之间的三极管 ce极电流增大，即 ik电流变大（而 r1 和 r2 上的电流不变）输入端的电阻压降升高，从而保证 vka 不变。当输入端电压降低时，431 的 k极和 a极 之间的三极管 ce极电流减少，即 ik电流减少（而 r1 和 r2 上的电流不变），输入端的电阻压降减少，从而保证 vka 不变。
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如图，是一个简化的降压开关电源，为了方便电路分析，先不加入反馈控制部分。
状态1 ：当 s1 闭合时，输入的能量从c1 ，通过s1 --> 电感器l1 --> 电容器c2 --> 负载rl供电，此时，电感器l1同时也在 储存能量，可以得到 加载l1上的电压为 ：vin - v0 = l*di/dton。
状态2 ：当 s2 关断时，由于电感储存能量，( 电感阻碍电流的变化，与电流的方向一致，变化时，将电感理解为一个电压源，该电压源输出的电流与原来的一致。)因此，从电感器l1储存的能量 --> 电容器c2 --> 负载rl --> 二极管d1。此时可得式子：l*di/dtoff = v0。
最后我们得出 v0/vin = d
各个器件的作用：
1、电容c1 : 用于使输入电压平稳。
2、电容c2：负责输出电压平稳。
3、钳位二极管：在开关开路时，为电感器提供一条电流通路。
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反激式变换器是由 buck-boost 变换器推演而来，将电感变换一个隔离变压器，就可以得到下图的反激式变换器。
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所谓的 emi 就是电磁干扰，通常采用共模滤波器，其中包括共模电容，不平衡变压器或者共模电感。共模电容将两个输入线的共摸电流旁路到大地，共摸电感呈现一个平衡阻抗，也就是说，电源线和地线中阻抗相等，这个阻抗对共模噪声呈现阻抗特性。
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原理图：
f1 : 保险管，电流过大时，保护电路。
r1 r2 : 放电电阻，给这部分滤波放电，使用多个电阻是为了分散承受放电的功率。
c11 : x电容，对差模干扰起滤波作用，也就是输入的两端。
l1 : 共模电感，衰减共模电流。
整流滤波电路
交流电，经过整流桥整流后，经过c2滤波后得到较为纯净的直流电压。若c2容量变小，输出的交流纹波将增大。
电容充放电图：
ntc 热敏电阻：在电路的输入端串联一个负温度系数的热敏电阻增加线路的阻抗，这样可以有效的抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流。
当电路进入稳态工作时，由于线路中持续工作电流引发 ntc 发热，使得电阻器的电阻值变得很小，对线路造成的影响可以完全忽略。
芯片启动电路
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(1) 传统启动方式：使用vdd作启动引脚时，芯片支持整流前启动与整流滤波后启动，启动电路如下：
(2) 具有ocp补偿功能的启动方式：使用3脚vin作为启动引脚时芯片具有ocp补偿功能，但仅支持从整流滤波后启动的方式，如下所示：
原理解析：
ocp补偿功能的启动，
左侧，当系统的输入电压发送变化时，通过启动电阻流经vin端的电流也会发生变化，芯片通过检测该端口变化值来自动实现补偿，使系统达到恒定功率输出的目的。
右侧，当电源上电开机时，通过启动电阻r11给 vdd端的电容c1 充电，直到vdd端口电压达到芯片的启动电压 vth(on) （典型值 16.5v）时，芯片才被激活并且驱动整个电源系统正常工作。
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r9 与 c5 构成r-c网络，避免由于sense 端的电流反馈信号前沿噪声干扰持续时间超过芯片内置的前沿消隐（leb）时间导致系统性能异常。
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开关off通路
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加速关断驱动
mos管一般都是慢开快关。在关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供mosfet栅源极间电容电压快速泄放，保证开关管能快速关断。
为使栅源极间电容电压的快速泄放，常在驱动电阻上并联一个电阻和一个二极管，如上图所示，其中d1常用的是快恢复二极管。这使关断时间减小，同时减小关断时的损耗。rg2是防止关断的时电流过大，把电源ic给烧掉。
开关管工作频率
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c6 与 r12 串联组成吸收回路与二极管并联，其作用是抑制方向峰值电压（削弱尖峰）对二极管的造成耐压不足引起损坏。
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l3 为续流电感，避免负载电流的突变，起到平滑电流作用。
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tl431 工作原理如下：
上图中的431不是用于稳压，而是用作一个电压门限开关，它与r14，r15一起检测+12v电压的变化，当+12v电压升高时，431的k极和a极短接，然后将光耦发光二极管的阴极接地，光耦导通，电源芯片（tmg0165）的第一管脚（fb）被拉低，芯片便调整输出占空比，使+12v电压降低。当+12v降低时，光耦不导通，电源芯片 fb 端为高电平，调整输出占空比，使+12v升高。
tl431 原理框图：
tl431 用作稳压电路时，典型电路如下：
当输入电压变化时，431会将变化的电压通过电流的作用转化到输入端的电阻上，其过程为：当输入端电压升高时，431的 k 极与 a 极之间的三极管 ce极电流增大，即 ik电流变大（而 r1 和 r2 上的电流不变）输入端的电阻压降升高，从而保证 vka 不变。当输入端电压降低时，431 的 k极和 a极 之间的三极管 ce极电流减少，即 ik电流减少（而 r1 和 r2 上的电流不变），输入端的电阻压降减少，从而保证 vka 不变。
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