反激变换器广泛应用于隔离DC/DC应用，因为与其他隔离拓扑相比，它们相对简单且成本低。RS485，隔离式CAN收发器，辅助电源等是低功耗反激拓扑的一些应用。采用隔离电压为3.75kV的MAX17291升压变换器可以设计反激变换器。

MAX17291是一款低静态电流升压(升压)DC-DC转换器，具有1A峰值电感限流和真关断 。真关断断开输出和输入，没有正向或反向电流。输出电压由外部电阻分压器设置。MAX17291是一款高度集成的升压转换器，专为需要高电压和微小解决方案尺寸的应用而设计，例如传感器模块。它集成了电源开关、功率二极管和输出负载开关。

反激变换器的操作

反激变换器的工作原理类似于升压变换器，但有一个额外的变压器来实现电流隔离。输出电压可以通过改变变压器的匝数比来调节。图3说明了一个典型的反激变换器。

反激变换器的工作原理分为两种状态。

开关Q1 ON

当开关Q1接通时，输入电压出现在变压器的初级电压上，电流开始流过变压器的初级电压。变压器绕组的极性是这样一种方式，负电压出现在输出二极管的阳极。在这种状态下，它变成反向偏置并阻挡通过二次电路的电流。

因此，整个能量存储在初级电感中，而不是将能量转移到次级电感中。因此，这个变压器是一个耦合电感。

Q1为ON时电感电流的增量计算为:

V(l) = V(in) = l × i (l) /?T
i (l) = v (in) × t (on)/ l
i (l) = v (in) × d × t (s) / l…(1)

地点:

• I(L)是电感电流的变化量

• V(IN)为输入电压

• T(S)是切换时间

• D是占空比

• L是变压器的初级电感
  
  

当开关Q1接通时，输出电容在稳态工作状态下向负载提供电流。

关闭Q1

在ON时间结束时，当开关Q1变为OFF时，初级绕组的极性反转，因此次级绕组的极性也反转。储存在一次侧的能量被转移到二次侧。二极管D1开始导通，电流流向输出电容C(OUT)和负载。在此期间电感电流减小，表示为:

i (l) = v (out) × n1 / n2 × t (off)/ l
?我(L) = V(出)×N1、N2×(1 - D)×T (S) / L…(2)

穿过Q1的电压等于Q1 OFF期间的输入电压、二次反射电压和漏感电压。

V(q1) = V(in) + n1 / n2 × V(out) + V(leak)…(3)

式中V(LEAK)为漏感电压。

稳态工作时，电感电流在一个开关周期内的变化量必须等于零，输出电压为:

V(out) = d / 1-d × n2 / n1× V(in)
D = v (out) / v (out) + (n2 / n1) × v (in)…(4)

MAX17291是一个升压转换器IC，它有一个内部的MOSFET和控制电路。图4展示了使用MAX17291 IC的反激变换器。

变压器的设计

本设计的MOSFET位于IC内部。二次侧的反射电压用于设计变压器。MAX17291 IC中MOSFET的漏源电压额定值为20V。当MOSFET Q1关断时，MOSFET Q1上的电压由公式3给出。

V(ds) = V(in) + vref + V(leak)

由于次级绕组的作用，初级绕组上的反射电压为:

Vref = 0.8 × v (ds) - v (in) - v (leak)
Vref = 0.8 × 20 - 5 - 5 = 6v…(5)

地点:

• VREF是通过初级绕组的反射电压。

• V(DS)是MOSFET的最大漏极对源电压额定值。

• V(IN)为输入电压。

• V(LEAK)是由于漏感引起的电压尖峰。
  
  

变压器匝数比计算为:

Vref = (v (out) + v (f)) × n1 / n2

地点:

• V(OUT)为输出电压。

• V(F)为二极管正向压降。

• N1/N2为变压器匝数比。
  
  

N1、N2 = VREF / V(出)+ V (F) = 6/5 + 0.5 = 1.09…(6)

反激变换器的占空比由式4的V(OUT)表达式计算。

D = 5 + 0.5/(5 + 0.5) + 1.09 × 4.5 = 0.55…(7)

MAX17291 IC的峰值电流极限为1A，考虑电流纹波为电感峰值电流的50%，则最大输出电流计算为:

我(在)= (LPK)我(LPK - PK) / 2 =   / (1 - D)×N2 / N1…(8)

MAX17291 IC工作在固定OFF时间，在1MHz开关频率的CCM模式下工作。OFF时间是根据输入电压和IC的OUT引脚上的电压(升压转换器的输出电压)计算的。OFF时间与V(OUT)成反比。因此，在OUT引脚和地之间需要一个虚电阻，以保持电压在范围内，开关频率在1mhz到1.5MHz之间。

变压器的电感值计算为:

L = V(在)××D T (S) / ?我(L) = 4.5×0.55/0.5×1×10(6)= 4.95µH…(9)

采用光耦合器和TL431电路进行输出电压反馈传感和控制，实现更严格的输出电压调节。它们还用于实现主回路和次级回路之间的隔离。根据测量到的输出电压，光耦驱动IC的FB引脚，并随着负载和线路的变化调节输出电压。图5显示了带有光耦反馈的MAX17291反激变换器的原理图。

选择二极管

二极管正向偏置，输出电流在Q2关断时间内流经二极管到输出电容和负载。本设计的最大输出电流为300mA。

二次侧的二极管在Q1 ON时反向偏置。在最大输入电压条件下，二极管两端的最大电压为:

V(d) = V(out) + n2 / n1 × V(in)
V(d) = 5 + 1.09 × 5.5 = 10.995v

因此，选择反向额定电压大于10.5V，平均额定电流约1A的二极管。选择肖特基二极管，在高频操作期间耗散较少的功率，因为转换器在高频切换，并在CCM模式下从中负载到满负荷工作。

反激变换器原理图

反激变换器测试数据

效率图

负荷调节图

稳态波形:V(IN) = 5V, V(OUT) = 5V, I(OUT) = 300mA

负载暂态:V(IN) = 5V, V(OUT) = 5V，， I(OUT) = 1 ~ 300mA

V(OUT)降为98mV(1.96%)。
沉降时间为608us。

输出电压纹波:V(IN) = 5V, V(OUT) = 5V, I(OUT) = 300mA

输出电压纹波为76mV(1.52%)。

结论

本应用笔记讨论了使用MAX17291集成升压转换器IC设计隔离反激变换器的步骤，并讨论了元件的选择和变压器的设计过程。