反激转换器拓扑的有效功率限制是什么？为什么？

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看看几种不同的隔离式转换器拓扑，乍一看，反激式看起来是最简单的。只有一个开关，所以只有一个驱动程序，（在所有其他条件相同的情况下）应该可以降低成本。但是，在高功率级别（5kW +）上，反激似乎通常不被认为是可行的。我问为什么在我职业生涯的早期，我得到的答案是模糊的。

我遇到一个人，他通常是在绕线自己的反激式变压器。他说，他一次只能获得500W的电力，但几乎没有，而且还需要大量倒带以优化变压器。与我交谈的商业制造商保持沉默，或者问我要那么大的反激式变压器我正在做什么疯狂的事情。

我碰到的一本老书说，反激式变压器需要在高频下工作，并且在这些功率水平下，可用的开关无法承受反激式转换器的压力。但是，尚不清楚为什么这些压力比其他单开关拓扑（如升压转换器）还要差。也不清楚为什么频率需要这么高。我怀疑这是因为在变压器/耦合电感器之间需要非常紧密的耦合，这限制了磁芯材料和尺寸的选择，决定了频率的选择，进一步决定了开关的选择。但这只是一个猜测。

那么真正的交易是什么？反激拓扑的有效功率限制是多少？为什么？

— 斯蒂芬·科林斯
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反激式转换器在高频下运行的原因与非隔离式SMPS相同：它允许较小的内核。保持较短的开关周期意味着电感器中存储的峰值能量较低，峰值电流也较低。因此，可以使用较小的磁芯：因为不需要高饱和电流。如果不是因为开关损耗，开关频率可能会趋于无穷大。

— Phil Frost 2014年

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反激拓扑的输出功率没有硬性限制。这是给定情况下最好的问题。可以产生1kW的反激，但这样做不太经济。在这家公司中，他们通过3美分的二极管在地毯上进行流血会议，并且认识到聘用另一位专职工程师要比在产品中多花几分钱便宜，因此请不要花钱。满足要求的最佳拓扑结构可能会缩短职业生涯。

反激式转换器对内核的使用效率较低（意味着内核需要更多的金钱，尺寸和重量，而功率水平越高则越重要）。正如罗素（Russell）指出的那样，反激式将转移的能量存储在电感器中，然后将其释放到输出，这与大多数其他类型的当开关打开时转移能量的情况相反。这意味着电流压力必须更高，因为所有能量都通过一个开关传递，并且只能在一部分时间内传递。（请记住，某些损耗与电流的平方成正比，因此33％的时间为10A，100％的时间为3A表示相同的负载功率，但低占空比开关中的电阻损耗为高3.7倍。

与双开关正激转换器（仅输入电压）相比，反激式开关中的电压应力要高得多（双输入电压）。这使开关变得更昂贵，尤其是对于MOSFET，在所有其他条件相同的情况下，MOSFET的芯片尺寸（以及成本）会随着额定电压而迅速增加。对电压不太敏感（成本）的开关往往会比较慢（BJT和IGBT），因此又不适合反激式转换器，因为它们需要更大的内核。

反激式转换器具有许多优点（由于具有单个开关，因此可能会简化工作，因为漏电感可为您工作，因此输入电压范围很广，因此无需输出电感器），但是这些优点主要在较低的功率水平上占主导地位。

这就是为什么您几乎总是会看到AC适配器中使用反激式转换器的原因，而您永远不会在250W + PC电源中看到它的原因-两种应用都可以挤出任何可以安全挤出的多余成本（有时更多）那！）。

— 斯佩罗·佩汉（Spehro Pefhany）
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我希望对于无变压器设计，当输入和输出电压之间的比率较大时（无论哪个较高），反激式拓扑结构的效率缺点将被最小化。如果一个人将6伏步进到9伏，则非反激式升压配置可以将2/3的功率直接“传递”，而电感器只需“处理”其中的1/3。因此，反激配置的线圈必须处理三倍的功率。如果将5伏转换为50伏……

— 超级猫

...升压配置的线圈必须承受90％的功率，因此反激配置的线圈必须承受100％的功率不会产生太大影响。另一方面，反激式配置的主要优点之一是，它们无需区分升压和降压方案，也不需要区分需要同时处理升压和降压的情况。同样下降的是那些输入和输出电压通常相似的电压-确切地说是那些反激操作具有最高效率成本的电压。

— 2014年

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过去就寝时间-答案很短。所有人都很高兴：-)。

您区分“反激”和“升压”-这可能意味着同一件事，但可能不同。

反激式的最独特之处在于，当开关接通时，要传输的能量完全存储在电感器中，而当开关断开时，它会通过塌陷的磁场传输到输出。一些想法将揭示出，在一个气隙的磁芯（或在整个感应器中分布有气隙的磁芯）中，能量实际上主要存储在气隙中的“空气”中，这将引起“强有力的相反评论” 。不管确切的存储位置如何，能量都存储在磁场中，增加功率需要增加磁芯尺寸。

在开关导通状态下传输功率的转换器主要不依赖于内核和磁场来存储能量。

为了在反激系统中传输更多的功率，您必须增加每个周期和/或每秒的周期数传输的能量。对于完全“放电”的电感器：

$E$ $\frac{1}{2}LI^2$
$f\cdot\frac{1}{2}LI^2$

$f$
$I$
$L$

$L$ $I = V\cdot t/L$ $t$ $V$

$f\cdot\frac{1}{2}LI^2$ $I$ $L$ $E$

$t_{charge}$ $<$ $<<$ $1/f$ $t_{off}$ $t_{on}$

早期的MOSFET的截止频率极为有限。现代FET具有更高的功能，但对于高速高压开关IGBT而言通常是有利的。

所以...您不太可能看到反激式转换器的功率超过数百瓦，通常更低。

也许以后再说。

— 罗素·麦克马洪
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“反激式的最独特之处在于，当开关接通时，要传输的能量完全存储在电感器中，而当开关断开时，它的折叠磁场将其转移到输出中”，等等。对于非隔离式升压或降压转换器，这不是真的吗？

— Phil Frost 2014年

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基于变压器的转换器当然不是这样。对于降压转换器，当开关接通时，大部分功率直接从输入传递到输出。

— Brian Drummond 2014年

@PhilFrost如上所述，术语“ boost”和“ flyback”可以或可以不作为同义词使用。“反激”的特定含义是，能量在“接通”周期和“接通”周期内存储在电感器中，并从磁场转移而崩溃。“升压”在基本水平上表示Vout> Vin。使用的拓扑可能会有所不同。一个简单的+ ve输出单绕组反激式转换器，其电感器返回Vin_ +，是一个升压转换器（Vout> Vin），并通过“站立”电感器提供能量，因此增加了Vin。具有输出绕组返回到gnd的两绕组反激式仅输送电感器...

— Russell McMahon 2014年

...能量，因此效率较低，并且不是孤立的，而是“更安全”或更少或更多有用的“根深蒂固的”目标，因为当开关切换时，Vin现在不再能够向Vout发送电流是关|。SO一个真正需要的是具体的有关拓扑做出哪里能量从采购真正明确的声明...。

— 罗素麦克马洪

... || 降压转换器仅将一部分能量存储在磁性元件中（该部分在循环的“关断”期间传递）。随着Vout向Vin升高，该渐近趋于零-这是实现高效率的原因之一。低delta V应用中的降压转换器|因此，是/否/也许/取决于:-)。需要描述特定的拓扑。

— 罗素·麦克马洪

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每次闭合开关电容时都会损失能量。

这使得不断增加的频率对于以更大的储能间隙为代价的飞芯来说是不切实际的答案，而代价是电感更低。

您可以有一个大匝数的大铁芯，但是那样您会损失更多的铜。

SIC，GAN和硅超结MOSFET的电容都比十年前的最佳器件小得多。更高功率的硬开关反激是可能的。

最好的技术是利用谐振来消除开关上存储的部分或全部电荷，然后再将其打开。

— 肯·彼得
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开关峰值电流和峰值电压限制了实际的功率输出，但半导体公司的情况越来越好。例如，碳化硅1200伏特100m欧姆Mosfet可以关闭30安培的峰值。因此，人们可以考虑离线1千瓦。尽管这些现代开关的开关损耗低，但是变压器漏感中的能量并不能吸收到负载，当您使用正统变压器技术时，您会发现它比在正常频率下运行时的任何预期开关损耗都要糟。SO有源钳位或解决泄漏的任何方法都是高功率，低损耗的通行证。

— 自闭症
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