電源可分為兩種類型：根據(jù)輸出電壓類型，可分為直流電源或交流電源。這些類型根據(jù)系統(tǒng)的終需求和項目規(guī)范所需的復雜性而變化。有時，普通轉(zhuǎn)換器不夠安全，尤其是在工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用中，毫無疑問必須遵守安全元件。因此，直流電源必須遵守非常嚴格的操作標準，并且必須滿足的操作參數(shù)。

直流電源

工業(yè)和醫(yī)療環(huán)境中使用的電源需要滿足多項要求。單級轉(zhuǎn)換器不滿足其中的大多數(shù)。事實上，它們沒有在設(shè)備的輸入和輸出之間提供足夠的電流隔離，這個問題可能會給操作員和設(shè)備本身帶來重大安全風險。正因為如此，設(shè)計人員更喜歡使用多級轉(zhuǎn)換技術(shù)（DC/AC 和 AC/DC），這些技術(shù)當然更復雜，但提供了的安全系數(shù)。

電氣隔離是所需的另一個重要元素，通過級間變壓器的存在來確保。不同類型的轉(zhuǎn)換允許將直流電源分為不同的類別。因此，設(shè)計人員在設(shè)計直流電源時，必須滿足高功率密度、極高效率以及各種波形的低諧波失真；電源的體積和重量必須盡可能小；源和負載之間的電流隔離必須是的；并且必須有流向和功率因數(shù)控制的可能性。

因此，為了在與輸入隔離的同時消除輸出信號中的諧波問題，使用了兩級電源。其中重要的一種是反激式轉(zhuǎn)換器，其原理圖如圖 1所示。它與負載電隔離。反激式轉(zhuǎn)換器的操作分兩個階段進行：

在階段，電子開關(guān) Q1 閉合，能量存儲在 Np 電感器中。

在第二階段，電子開關(guān) Q1 打開，能量通過 Ns 傳遞給負載，從而避免了輸入和輸出之間的直接連接。

如果 Ns 在次級導通期間完全放電，則電源工作在斷續(xù)導通模式；否則，它以連續(xù)導通模式運行。

圖 1：反激式轉(zhuǎn)換器原理圖

即使在電子仿真中，也始終建議考慮采用非理想電子元件。雖然理想元件可加快仿真過程并簡化數(shù)學計算，但使用真實元件可提供更高的準確性，并且更接近實際電路的行為。事實上，真正的電子元件具有一些固有的缺陷，包括內(nèi)阻、寄生電容、飽和和溫度效應(yīng)、噪聲和其他非線性。

在仿真中預(yù)測這些影響有助于防止設(shè)計問題并更準確地評估電路可靠性和性能。然而，永遠記住電子仿真是一種設(shè)計和分析工具，但不能完全取代實驗測試，這一點很重要。因此，采用真實的電子元件有助于確保模擬盡可能接近現(xiàn)實，使設(shè)計開發(fā)更容易、更快速，并有可能解決任何問題。在這個例子中，一些電子元件的特征是有額外的非理想元素。它們?nèi)缦拢?/p>

電池的內(nèi)阻為 0.3 Ω。

開關(guān)信號不是完美的矩形，而是包含持續(xù)約 2 毫秒的上升和下降斜坡。

電子開關(guān)的大小設(shè)計為具有 0.2 Ω 的導通電阻和 1 MΩ 的關(guān)斷電阻。

初級和次級兩個電感具有 0.1 Ω 的串聯(lián)電阻和幾皮法的并聯(lián)電容。

兩個電感的電感耦合并不理想，但已固定在90%。

所有這些非理想特性使得獲得相當可靠的模擬成為可能。在電路工作的階段，Np 線性充電，而在第二階段，Np 傾向于保持電流恒定，其電壓反轉(zhuǎn)。現(xiàn)在，次級電感器上的電壓允許電流流動。電容起著至關(guān)重要的作用，如果它的值足夠高，輸出電壓是相當恒定的。電感器繞組必須遵循的規(guī)則，它們的方向也必須符合特定標準，否則系統(tǒng)將無法工作。電感器是一種極化元件，但在這些情況下，其正確方向?qū)﹄娐返某晒χ陵P(guān)重要。值得注意的是電路的動態(tài)信號，如圖2所示。它們?nèi)缦拢?/p>

從頂部開始，張圖描述了電子開關(guān)的驅(qū)動信號 （Vpulse）。在建議的示例中，它的頻率為 25 kHz，理論上是矩形信號。

第二張圖顯示了次級電感輸出端的信號 （Vs）。當然，由于電感器的存在，它包含大量非常高的頻率。這些是不需要的信號，應(yīng)使用多種技術(shù)盡可能消除或減少。

第三張圖顯示了初級電感 （Il1） 上的電流趨勢。

第四張圖顯示了次級電感 （Il2） 上的電流趨勢。

，第五張圖顯示了轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。它非常穩(wěn)定和連續(xù)，但仍然包含一些開關(guān)信號的殘余。下面的頻譜圖證實了這一事實，它顯示了輸出信號的 FFT 分析。除了開關(guān)頻率 （25 kHz） 的基波分量之外，還可以看到其他更高頻率的峰值，可達兆赫頻率。

所示示例使用正常的開關(guān)電子開關(guān)驅(qū)動信號，具有 50% 或可變占空比，但一些更復雜的設(shè)備使用更復雜的信號，以或多或少不同的步驟組織，具有不同的占空比和電壓率。

圖 2：出現(xiàn)在反激式轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵點的動態(tài)信號，以及輸出信號的頻譜圖

用的測量儀器檢測次級電感上的電流信號，可以看到由于電路的電感元件與其他元件之間形成諧振而產(chǎn)生的高頻振蕩信號（見圖3 ）寄生電感和電容元件（PCB、電線、金屬部件的幾何排列等）。

在此示例中，信號的幅度很小，但出于電路中存在的所有意圖和目的，其頻率約為 4 MHz。這是一個相當正弦的信號，可以在系統(tǒng)運行期間不斷重復，這可能會導致形成額外的干擾頻率。可以通過采用合適的低通濾波器來衰減這些頻率。在開關(guān)設(shè)備中，存在由寄生和不需要的現(xiàn)象引起的高頻正弦（和非正弦）信號是很正常的。這些現(xiàn)象會導致電信號失真、電磁干擾和噪聲，從而對開關(guān)設(shè)備的運行及其可靠性產(chǎn)生不利影響。為了限度地減少此類影響，電路設(shè)計人員使用優(yōu)化 PCB 布局等設(shè)計技術(shù)，

圖 3：由于電路中的寄生元件，次級電感器上的電流可能包含高頻振蕩信號。

初級電感上的電流線性增加，可以通過以下關(guān)系計算：

其中i p是初級電感上的電流，V s是次級電感上的電壓，L p是初級電感的電感。

這種類型的電源在結(jié)構(gòu)上非常簡單且便宜，并且通常在不太堅固的負載不需要非常高的功率時使用。然而，輸出電壓可能很高。應(yīng)該記住，這種配置中使用的開關(guān)設(shè)備通常在極端條件下工作，尤其是在施加電壓方面。此外，設(shè)計人員必須非常小心地抑制來自電源脈沖的干擾，這可能會在反向極化期間損壞 BJT。這種類型的電路設(shè)計可以很好地調(diào)節(jié)功率和電壓，這些值可以通過改變系統(tǒng)的某些操作參數(shù)來獲得。

結(jié)論

反激式轉(zhuǎn)換器是一種開關(guān)電源，與傳統(tǒng)電源相比具有許多優(yōu)勢。由于它能夠產(chǎn)生高輸出電壓，因此可以高效可靠地提供電力。此外，由于其閉環(huán)架構(gòu)，它可以提供穩(wěn)壓和隔離的輸出電壓，保護用戶和電路免受電壓浪涌的影響。

盡管反激式轉(zhuǎn)換器對許多應(yīng)用來說是一個有吸引力的選擇，但它也帶來了一些需要解決的挑戰(zhàn)，例如電磁噪聲和過載波對電路性能的影響。但是，通過正確的設(shè)計和預(yù)防措施，可以限度地減少或解決這些問題。

反激式轉(zhuǎn)換器為許多電子應(yīng)用提供靈活、高效和高度可定制的解決方案，使其成為希望限度地提高設(shè)備性能和可靠性并實現(xiàn)低系統(tǒng)成本的電路設(shè)計人員的理想選擇。