Forward Converter 正激变换器家族

三绕组靠"复位绕组"把磁通能量回灌 Vin — 简单可靠,但 D<0.5 + Vds=2Vin 是硬约束,新设计已退役:

• Reset 方式:加一个"复位绕组"反向连接,匝数 = 初级 → OFF 期间磁通通过复位绕组回流到 Vin
• 优点:简单可靠
• 缺点:
  • D < 0.5 硬约束 (Reset 时间 = ON 时间 → 占空比对称)
  • Vds 应力 = 2 × Vin (反射 + 输入)
  • 多一个绕组,变压器复杂
• 现状:老式,< 200W 适配器还能见到,新设计退役

单管 + RCD 用 snubber 耗散磁芯能量 — 更简单但 RCD 损耗大,效率掉 3-5%,工业适配器仍见:

• Reset 方式:用 RCD 网络耗散磁芯储能 (类似 Flyback)
• 优点:简单
• 缺点:
  • D < 0.5
  • $Vds,peak$ 可达 2-2.5 × Vin (带尖峰)
  • RCD 损耗大,效率掉 3-5%
• 现状:退役,效率太低

这是 Forward 现代主流——两个开关串联,每个开关只承受 Vin:

• Reset 方式:两个开关 OFF 时,变压器自然通过两个反向二极管回流到 Vin
• 优点:
  • $Vds$ 每管 = Vin (而不是 2 × Vin) → 用 600V/800V MOSFET 对应 380V DC bus
  • 无 RCD 损耗
  • 中等成本
• 缺点:
  • D < 0.5 (依然)
  • 上管需要 High-Side 驱动 (隔离驱动 IC 或 Bootstrap)
• 应用:200-1000W 服务器电源 + 工业 24V/48V 电源 + Telecom

Forward 的高端版本——加一个辅助开关 + 钳位电容 → ZVS + 突破 D < 0.5:

• Reset 方式:辅助开关 ON,把磁化电流送进钳位电容;辅助 OFF 时电容反向回流复位
• 优点:
  • D 可 > 0.5 (典型 0.6-0.7) → 变压器匝比小,效率高
  • ZVS 主开关 → 损耗低
  • 漏感能量回收
  • 效率 ≥93%
• 缺点:多一个开关 + 控制 IC
• 应用:PoE 25-100W、Telecom 100-500W、高效率适配器

阶段 1 (开关 ON):

• 上下管同时导通
• $Vin$ 加到变压器初级 → 次级感应电压 → 二极管 D1 导通 → 能量传到输出 L
• 输出电感储能,Cout 平滑

阶段 2 (开关 OFF):

• 上下管同时关断
• 变压器磁化电流通过两个反向二极管 D3/D4 回流到 Vin → 磁通复位
• 次级二极管 D2 续流给负载

每管 Vds 应力:$Vds,peak=Vin,max+Vspike$

• 不是 2 × Vin (单管那种)
• 不是 1.5 × Vin (LLC)
• 就是 Vin + 少量尖峰

380V DC bus 双管 Forward:$Vds,peak\approx 400V$ → 用 600V MOSFET (留 50% 裕度)。

Forward 输出有 L+C 滤波器 (不是只有 C):

• $Lout$ 决定纹波电流 → 典型选 20% 满载电流
• $Cout$ 决定纹波电压 → ESR 主导,选低 ESR 电容

关键认知:Forward 输出电感不储传输能量,只是滤波——所以比 Buck 的电感小 30-50%。