正激式（Forward）變壓器開關電源是一種廣泛應用于中高功率場合的DC-DC變換拓撲，其通過變壓器實現(xiàn)輸入輸出隔離，并利用磁復位機制確保變壓器磁芯周期性復位。以下從角度詳細分析其工作原理：

    一、基本拓撲結構

    正激變換器由以下部分組成：

1. 功率開關管（MOSFET/Q1）：通常采用PWM控制的功率MOSFET，占空比D＜0.5（避免磁飽和）。

2. 高頻變壓器（T1）：實現(xiàn)電壓變換與電氣隔離，初級匝數(shù)Np，次級匝數(shù)Ns。

3. 輸出整流濾波電路：次級側由整流二極管（D1）、續(xù)流二極管（D2）及LC濾波器構成。

4. 磁復位電路：關鍵設計，常用第三繞組復位（Nreset）、RCD復位或有源鉗位電路。

     二、工作階段分析（以第三繞組復位為例）

     假設輸入電壓Vin，輸出電壓Vo，變壓器變比n=Np/Ns。

   階段1：開關管導通（Ton階段）

• 開關管Q1導通：初級電流Ip線性上升，變壓器磁芯磁通量Φ增加，能量從初級傳遞至次級。

• 次級側工作：

  • 整流二極管D1正向偏置導通，續(xù)流二極管D2截止。

  • 次級電壓Vs = Vin/n，通過LC濾波器向負載供電。

• 磁芯磁化：儲能增量ΔΦ = (Vin × Ton) / Np。

    階段2：開關管關斷（Toff階段）

• Q1關斷：初級電流切斷，變壓器各繞組極性反轉。

• 磁復位過程：

  • 第三繞組（Nreset）感應電壓Vreset = (Nreset/Np) × Vin，通過復位二極管D3將能量回饋至輸入電容。

  • 磁通量Φ下降，復位時間需滿足：Trst ≈ (Nreset/Np) × Ton，確保磁芯完全復位（Φ歸零）。

• 次級側續(xù)流：D1截止，D2導通，電感電流通過D2續(xù)流，維持負載供電。

     三、關鍵設計要點

1. 占空比限制：

   • 占空比Dmax需滿足：Dmax + (Np/Nreset) × Dmax ＜ 1，避免磁通累積。

   • 典型設計Dmax≤0.45（預留復位時間）。

2. 變壓器設計：

   • 磁芯選擇：高Bsat材料（如PC40），工作頻率fsw通常50kHz-500kHz。

   • 氣隙設計：無需儲能，故氣隙較小，主要防止飽和。

3. 輸出電感計算：

   • 電感電流紋波ΔIL = (Vo × Toff) / L，需滿足ΔIL＜20%滿載電流。

4. 復位方式對比：

   • 第三繞組復位：效率高，但需匝比設計。

   • RCD復位：簡單但存在損耗，適用于小功率。

   • 有源鉗位：回收漏感能量，效率，但控制復雜。

     四、動態(tài)特性與優(yōu)缺點

• 電壓關系：理想條件下，Vo = D × Vin / n。

• 優(yōu)點：

  • 輸入輸出隔離，安全性高。

  • 變壓器僅傳遞能量（不儲能），功率密度高于反激。

  • 輸出紋波較?。↙C濾波）。

• 缺點：

  • 需復雜磁復位電路。

  • 開關管電壓應力高（Vin + Vreset）。