一、正激式变压器开关电源简介

1. 基本定义

正激式开关电源是一种基于变压器磁能直接传输的拓扑结构，在主开关管导通时，变压器初级直接将能量耦合至次级，从而驱动负载输出。

2. 与反激式电源的区别

二、正激式电源的基本结构

一个典型的正激式变压器开关电源主要包含以下几个部分：

1. 输入整流滤波电路：将交流（AC）电压转换为稳定的直流（DC）电压；

2. 主开关MOSFET或IGBT：控制变压器初级的导通与关断；

3. 变压器（带气隙）：实现能量的隔离与变压；

4. 续流二极管（自由wheeling diode）：在开关管关闭时为负载提供连续电流；

5. 输出滤波器（L-C）：平滑整流后的输出电压；

6. 控制芯片（如TL494、UC3842）：实现PWM调制、反馈调节、过压过流保护等功能；

7. 复位绕组及钳位电路：用于复位变压器磁芯，避免磁饱和。

三、正激式电源的工作原理详解

1. 开关导通阶段（Ton）

• 主开关管 Q1 导通；

• 输入直流电压经开关管加在变压器初级；

• 次级感应出同极性电压，通过整流二极管 D1 导通，向负载供电；

• 同时，变压器的磁芯被励磁（磁通增加）；

• 续流二极管 D2 截止。

2. 开关关断阶段（Toff）

• 开关管 Q1 关断，初级回路断开；

• 由于变压器初级磁通不能突变，为防止磁芯剩磁导致饱和，**需使用复位绕组（或钳位电路）**释放磁能；

• 次级电压消失，但因输出电感存在，负载电流不能突变，续流二极管 D2 导通；

• 输出电感和电容继续为负载供电，维持输出稳定。

3. 周期循环

开关器件以几十至数百kHz频率周期性导通/关断，电路进入稳态工作模式，输出电压由PWM占空比控制。

四、正激式变压器磁复位方式

若磁芯无法完全复位，变压器将逐渐磁饱和，导致电流失控、损坏MOSFET，因此磁复位机制是正激式电源的关键技术点。

常用的三种复位方式：

1. 主动钳位（Active Clamp）

• 使用辅助MOS和钳位电容；

• 复位效率高，损耗小；

• 成本相对较高，适用于高性能应用。

2. RCD钳位

• 由二极管、电阻、电容组成；

• 结构简单，成本低；

• 钳位能量以热量形式耗散，效率略低。

3. 变压器对称绕组复位（带复位绕组）

• 采用一个与初级对称的绕组，输出反向电压复位磁芯；

• 最常用于中小功率正激电源中；

• 结构较复杂，但能有效防止磁饱和。

五、输出电压调节机制

正激电源的输出调节通常由控制芯片（如UC3842、TL494等）完成，采用电压反馈 + PWM控制，主要包括：

1. 采样反馈

• 输出电压经采样电阻或光耦反馈到控制端；

• 控制芯片比较设定电压和实际电压，进行占空比调整。

2. PWM调制

• 占空比越高，导通时间越长，输出电压越高；

• 实现动态闭环调节，适应负载变化。

六、常用正激电源的应用举例

1. LED驱动电源

• 通过调节PWM输出恒流；

• 体积小、效率高、适应性强。

2. 工业控制电源

• 适用于PLC、传感器等直流供电；

• 要求高稳定性与良好EMC性能。

3. 通信电源模块

• 多采用正激拓扑实现36–72V输入转5V/12V/24V输出；

• 满足隔离、安全性及EMI规范。

七、设计中的关键参数考量

八、正激式开关电源的优缺点总结

优点：

• 可实现输出与输入电压隔离；

• 电压转换效率较高；

• 适合**中小功率（几十瓦到几百瓦）**应用；

• 稳定性高，输出波形较为平稳。

缺点：

• 磁复位设计较复杂；

• 不适合过高功率场合；

• 存在一定的电磁干扰问题。