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返馳式變換器(Flyback converters)也稱為反激式轉換器或Flyback變換器,是一種輸入及輸出電路之間有電氣隔離的變換器,可以用在交流-直流轉換及直流-直流轉換。返馳式變換器可以視為是有變壓器的降壓-升壓變換器,原理類似降壓-升壓變換器,而將其電感器轉換為變壓器,因此除了電壓轉換外,還有變壓器隔離的效果。若是驅動電漿燈或是多倍壓器,會省略輸出端整流用的二極體,此時會稱為返馳式變壓器。
返馳式變換器的電路圖如圖1所示,類似降壓-升壓變換器的架構[1],將電感器分開,轉換為變壓器,因此動作原理和降壓-升壓變換器很接近:
變換器在能量提供到二次側前,其能量是儲存到電感中。若要有第二組輸出的電壓,只要變壓器有可產生輸出電壓的對應二次側繞組,再加上輸出的二極體及電容器即可,增加的電路不多。若有多組輸出電壓,返馳式變換器只會根據一組輸出電壓切換其功率晶體(控制電壓軌),而控制電壓軌的加載需要早於其他輸出電壓的的加載,這様才能讓PWM啟動,儲存足夠能量給變壓器。
返馳式變換器是隔離性的電壓轉換器,有二種主要的運作方式,分別是電壓模式控制及電流模式控制(為了運作中的穩定性,主要會使用電流模式控制)。二種模式都需要有關輸出電壓的信號。有三種方式可以得到輸出電壓的信號。第一種方式是在二次側加裝光耦合器,再將信號送回控制器。第二種方式是在變壓器上加額外的偵測繞組,再配合互穩壓的方式進行設計。第三種方式是在放電時,取樣量測一次側的電壓,和標準的一次側直流電壓比較。
第一種方式利用一個光耦合器來達到緊密的電壓及電流調整,而第二種方式適用於一些主要考量價格因素,電壓不需很精準的應用,最多可以在線路設計中省去包括光耦合器在內的11個元件。而且若可靠度是主要考量,光耦合器的MTBF(平均故障間隔時間)不佳,不使用光耦合器的第二種方式會比較理想。第三種方式和第一種方式一様準確,而成本比第二種方式更低,但為了讓電路定期進行放電,需要有最小負載,才能有機會在一次側繞組取樣(1:N)的二次側電壓(在放電時,如圖3)。
量測一次側的方式還有一種變體,是利用監視提供控制晶體電源的輔助繞組上的信號,來達到輸出電壓及電流的調整,可以提昇電壓電流控制的精度。輔助一次側繞組也是在二次側放電時進行量測,但會在一次側的直流電壓上加一個方波電壓,因此視為一次側。
以往針對整個返馳式變換器波形的量測會產生問題,而後來發現在膝點(二次側電流為0的點,如圖3)進行的量測可以較精準的知道二次側的情形。此架構已代替振鈴扼流器(RCC)用在手機充電器中。
返馳式變換器若運作在連續導通模式(變壓器電流始終不為零)下,會有以下缺點,使得變換器的控制比較複雜:
返馳式變換器若運作在不連續導通模式(變壓器電流最後為零)下,會有以下缺點,限制變換器的效率:
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