一、为什么要用开关变压器？
第7课讲过非隔离的 BUCK 与 BOOST：它们的输入和输出共地，没有绝缘。要做隔离，就必须让能量通过磁场跨过绝缘墙。做法是：把直流先变成高频交流（方波），送进变压器，再在另一侧整流成直流。
隔离 DC-DC 的基本结构 功能示意，非原理图
类比：两栋楼之间隔着一道防火墙，不能直接走人，但可以用"气动传输管"把物品送过去：一端把物品装进管子（开关导通），另一端在管子的另一头取出物品（整流输出）。隔离电源就是用磁场做这根传输管。
所有隔离拓扑的共同点：都是"开关 + 变压器（或耦合电感）+ 整流 + 滤波"。不同之处在于：变压器是"边传边用"还是"先存后放"，以及一次侧用几只开关管、怎样控制磁芯。
二、反激（Flyback）：先存后放
反激是最常见的小功率隔离拓扑（手机充电器、适配器、待机电源几乎都是它）。它的特点是：变压器并不是"同时传能量"，而是先在磁芯（或气隙）里存能量，再在开关关断时释放给负载。
反激：先储能，再向输出传能 功能示意，非可投板原理图
2.1 两个阶段
- 开关导通（Q 闭合）：Vin 加在初级绕组上，电流近似线性上升；DCM 时从零开始，CCM 时从上一周期剩余电流开始。磁芯里存储能量，E = ½·Lp·Ip²。此时次级的二极管反偏截止，负载完全由输出电容供电。
- 开关关断（Q 断开）：初级电流突然被切断，磁芯中的磁通要"找出口"，于是次级绕组感应出反向电压，二极管导通，把存储的能量送到输出端。
反激的关键特征：能量只在关断时才传给负载。因此初级和次级的电流是"交替"流动的，它们不会同时存在。这决定了反激的变压器其实是一个耦合电感，而不是传统意义上"同时传能量"的变压器。
2.2 连续模式与断续模式
| 模式 | 含义 | 特点 |
|---|
| DCM（断续） | 关断结束时磁芯能量已经放完，电流降到零后还有一段空闲 | 二极管反向恢复损耗小，峰值电流较大，常用于小功率 |
| CCM（连续） | 关断结束时磁芯里仍有能量，电流不降到零 | 峰值电流较小，效率较高，但需要更复杂的控制，常用于中大功率 |
三、反激的电压与电流公式
3.1 输出电压（理想，连续模式）
Vout = Vin × (Ns / Np) × D / (1 − D)
D 是开关导通占空比，Ns/Np 是匝比。忽略二极管压降与损耗。注意 D/(1−D) 这一项与第7课的 BOOST 形式完全相同：反激本质上是"带隔离的升降压"
3.2 峰值电流（断续模式，DCM）
断续模式下，每个周期存入磁芯的能量，全部在关断时送给负载。由此可以推出峰值电流：
Pin = Pout / η
Ipk = 2 × Pin / (Vin × D)
η 为效率。推导要点：每周期能量 ½·Lp·Ipk² = Pin / f，又 Ipk = Vin·D·T / Lp，两式消去 Lp 即得。它说明：Vin 越低、D 越小，峰值电流越大
设计习惯：低压大功率的反激，初级峰值电流会非常大（例如 12 V 输入，几十瓦时，Ipk 可达数安培），开关管与变压器都要按这个峰值来选。这也是输入电压越低，反激越"吃电流"的原因。
四、动手算：反激与正激的输出
下面的计算器比较两种拓扑在同一条件下的输出电压。拓扑、匝比、输入电压和占空比都可以改变。图中绿点是当前工作点。
输出电压 Vout(D) 当前点
输出电压 Vout（理想）-
允许的最大 D-
判断-
反激：Vout = Vin × (Ns/Np) × D / (1 − D)
正激：Vout = Vin × (Ns/Np) × D
正激占空比上限取决于复位方式和匝比；复位电压等于输入电压的理想示例上限为 50%。反激的 D 理论上可以更大，但实际上受漏感、耐压与磁芯限制
4.1 动手算一算：反激的峰值电流
输入功率 Pin-
峰值电流 Ipk（DCM，当前 Vin 与 D）-
五、正激（Forward）：边传边存
正激与反激的根本区别是：开关导通期间，能量就直接通过变压器传到次级，负载同时得到供电。磁芯只是"传递"能量，不再主要用来"存"能量（磁化电流很小）。
正激：开关导通时传能 功能示意，非可投板原理图
5.1 两个阶段
- 开关导通：Vin 通过变压器加到次级，二极管 D1 导通，电流经过输出电感 L 送到负载。能量同时存在于 L 中，供关断期间使用。
- 开关关断：次级电压消失，D1 截止；输出电感 L 的电流通过续流二极管 D2 继续流动，维持负载电流。
类比：反激像"先把水装进水桶，再倒给客人"；正激像"水管直接接到客人的杯子，同时还有一个蓄水箱（输出电感）保证水流平稳"。正激输出更平稳，纹波更小，适合中等功率。
正激的输出电感 L 是一个"续流电感"，它就是第7课学过的 BUCK 电感。也就是说，正激 = 隔离变压器 + BUCK 电路。这一点理解了，正激的很多特点就都顺理成章了。
六、磁复位：正激的必修课
正激有一个严重的问题。开关导通时，变压器的磁芯被"正向"磁化（磁通增加）。如果不把它"复位"，每个周期磁通都会累积，最终饱和。这正是隔离篇（二）讲过的伏秒积道理：正负伏秒积必须平衡。
6.1 三种常见的复位方法
| 方法 | 做法 | 特点 |
|---|
| 复位绕组（第三绕组） | 在变压器上加一个绕组，关断时把磁通"送回去"，电压接到输入 | 最经典，但多一个绕组；上限取决于复位电压和匝比，等复位电压示例为 50% |
| RCD 钳位复位 | 用一个 RCD 网络，在关断时把磁芯能量吸收消耗掉 | 简单，但会有损耗 |
| 有源钳位复位 | 用一个辅助开关在关断时把磁芯能量回收到输入 | 效率高，允许更大占空比，但控制更复杂 |
复位条件：导通期的伏秒积 = 关断期的伏秒积（磁通回到原点）
用复位绕组时：D_max ≈ 50%（复位电压与输入电压相同时）
复位电压越高，允许的 D 越大，复位越快，但复位绕组和开关管的耐压要求也越高
忘记磁复位的后果：初期工作正常，随着温度或负载变化，磁芯逐渐饱和，表现为某一时刻突然烧毁开关管。它的失效非常隐蔽，设计时必须在计算中确认磁通每周期都回到原点。
七、漏感尖峰与钳位
隔离篇（二）讲过，漏感会在开关关断时产生电压尖峰。反激和正激都必须处理它，否则开关管会因为超过耐压而损坏。
尖峰电压 ΔV = Llk × di/dt
Llk 是初级漏感，di/dt 是关断瞬间的电流变化率。漏感越大、关断越快，尖峰越高
7.1 RCD 钳位电路
在初级两端并联一个 R、C、D 的支路。尖峰来临时，二极管导通，漏感的能量被吸收到电容 C 中，电容电压被"钳"在一个略高于反射电压的水平。电阻 R 把能量消耗掉，所以它是有损耗的。
类比：漏感的尖峰像水管里突然关阀时的水锤。钳位电路像一个安装在旁边的"水锤吸收器"（一个小气囊），冲击来时先把能量存进气囊，再慢慢释放，管道压力就不会炸裂。
选型要点：钳位电容的电压要足够高（能容纳反射电压加上尖峰），钳位二极管必须是快恢复或超快恢复类型。尖峰留的余量要在开关管耐压的 80% 以内。
八、推挽、半桥、全桥
当功率更大（几百瓦到几千瓦）时，单管拓扑的开关应力、磁芯利用率都不理想，人们改用两只或四只开关管，让变压器的磁芯两个方向都被利用。
| 拓扑 | 开关管数 | 结构要点 | 优点 | 缺点 |
|---|
| 推挽（Push-Pull） | 2 | 初级中心抽头，两个开关轮流导通 | 磁芯双向利用，成本低 | 开关管承受 2 倍输入电压，偏磁风险大 |
| 半桥（Half-Bridge） | 2 | 两只开关串联，中点接变压器，电容分压 | 开关管只承受输入电压，偏磁可用电容隔离 | 需要驱动两只开关，死区要精确 |
| 全桥（Full-Bridge） | 4 | 四只开关组成 H 桥，对角轮流导通 | 功率最大，磁芯利用率最高 | 元件最多，控制与驱动最复杂，成本最高 |
8.1 偏磁仍然是风险
这些双向拓扑的磁芯，每个周期会正反两向磁化。如果正负半周的伏秒积不平衡（开关导通时间不一致，或器件压降不对称），磁通会逐周期偏移，最终饱和。解决办法是隔离篇（二）讲过的：隔直电容（半桥常用）或电流模式控制，并配合死区与对称性调整。
半桥为什么常用？因为它自带一个电容分压器，相当于一个天然的隔直电容：如果出现直流偏置，电容两端的电压会自动调整，把偏置"吸收"掉。这是它在中等功率隔离电源中很受欢迎的原因。
8.2 LLC 谐振（简述）
LLC 半桥是一种利用谐振让开关在零电压或近零电压时切换的拓扑，效率很高，常见于大功率适配器与服务器电源。它的原理需要谐振电路的知识，将在后续的电源课程中讲解。这里只需要知道：它是"半桥 + 谐振网络"的组合。
九、拓扑对比与选型
| 拓扑 | 典型功率 | 能量方式 | 变压器利用 | 主要难点 |
|---|
| 反激 | 几瓦 ~ 百余瓦 | 先存后放 | 磁芯需要气隙，单向磁化 | 峰值电流大，漏感尖峰，EMI |
| 正激 | 几十瓦 ~ 数百瓦 | 边传边存 | 单向磁化，需要磁复位 | 磁复位绕组或钳位；D 上限取决于复位方式 |
| 推挽 | 数百瓦 | 双向传递 | 双向磁化 | 偏磁，开关耐压 2 倍 |
| 半桥 | 数百瓦 ~ 千瓦 | 双向传递 | 双向磁化，可隔直 | 驱动与死区 |
| 全桥 | 千瓦级 | 双向传递 | 双向磁化，利用率最高 | 元件多，成本高 |
选型的一个简单思路：功率小、成本敏感、需要多路输出，选反激；功率中等、输出要平稳，选正激；功率更大、要效率，选半桥或全桥（若要极高效率，再考虑 LLC）。
核对提醒：各拓扑的功率范围是常见的经验区间，不是绝对界限。具体选型要结合成本、体积、EMI 要求和控制芯片的资料来决定。
十一、本节小结
- 隔离 DC-DC 的通用结构：开关 + 变压器 + 整流 + 滤波，能量靠磁场跨过绝缘墙。
- 反激先存后放，理想输出 Vout = Vin·(Ns/Np)·D/(1−D)，形式与 BOOST 相同。
- 反激的 DCM 峰值电流 Ipk = 2·Pin/(Vin·D)，低压大功率时电流很大。
- 正激边传边存，理想输出 Vout = Vin·(Ns/Np)·D，必须磁复位；D 上限取决于复位方式与匝比。
- 关断时漏感产生电压尖峰，用 RCD 或有源钳位吸收；它是隔离电源最常见的失效来源之一。
- 推挽、半桥、全桥双向磁化，功率大、利用率高，但要防偏磁；半桥的隔直电容是常用办法。
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