Ce este un convertor Flyback: proiectare și funcționarea sa

Convertorul flyback este proiectat ca sursa de alimentare în modul de comutare din ultimii 70 de ani pentru a efectua orice tip de conversie, cum ar fi AC în DC și DC în DC. Proiectarea flyback-ului a oferit avantajul dezvoltării televiziunii pentru comunicare în anii 1930-1940. Folosește un concept de alimentare neliniară. transformator flyback stochează energia magnetică și acționează ca un inductor în comparație cu un design non-flyback. Acest articol este despre funcționarea convertorului flyback și topologia acestuia.

Ce este un convertor Flyback?

Convertoarele Flyback sunt definite ca convertizoare de putere, care convertesc AC în CC cu izolație galvanică între intrări și ieșiri. Stochează energia atunci când curentul curge prin circuit și eliberează energia atunci când curentul este eliminat. Acesta a folosit un inductor cuplat reciproc și acționează ca un convertor de comutare izolat pentru transformatoarele de tensiune reduse sau treptate.

Poate controla și regla tensiunile multiple de ieșire cu o gamă largă de tensiuni de intrare. componente necesare pentru a proiecta un convertor flyback sunt câteva în comparație cu alte circuite de alimentare cu modul de comutare. Cuvântul flyback este denumit acțiunea de pornire / oprire a comutatorului utilizat în proiectare.

Design de convertor Flyback

Designul convertorului flyback este foarte simplu și conține componente electrice ca un transformator flyback, întrerupător, redresor, filtru și un dispozitiv de control pentru a acționa comutatorul și pentru a obține reglarea.

Comutatorul este utilizat pentru a porni și opri circuitul primar, care poate magnetiza sau demagneta transformatorul. Semnalul PWM de la controler controlează funcționarea comutatorului. În majoritatea modelelor de transformatoare flyback, FET sau MOSFET sau un tranzistor de bază este utilizat ca întrerupător.

Design de convertor Flyback

Redresorul rectifică tensiunea înfășurării secundare pentru a obține o ieșire continuă pulsantă și deconectează sarcina de la înfășurarea secundară a transformatorului. Condensatorul filtrează tensiunea de ieșire a redresorului și crește nivelul de ieșire DC conform aplicației dorite.

Transformatorul flyback este utilizat ca inductor pentru stocarea energiei magnetice. Este proiectat ca un inductor cuplat, care acționează ca înfășurarea primară și secundară. Funcționează la frecvențe înalte de aproape 50KHz.

Calcule de proiectare

Este necesar să se ia în considerare calcule de proiectare a convertorului flyback a raportului de rotații, a ciclului de funcționare și a curenților înfășurărilor primare și secundare. Deoarece raportul de rotații poate afecta curentul care curge prin înfășurarea primară și secundară, precum și ciclul de funcționare. Când raportul de rotație este ridicat, atunci ciclul de funcționare devine, de asemenea, ridicat, iar curentul care trece prin înfășurarea primară și secundară scade.

Deoarece transformatorul utilizat în circuit este un tip personalizat, nu este posibil să obțineți un transformator perfect cu un raport de rotații în zilele noastre. Prin urmare, alegând transformatorul cu valorile nominale dorite și mai aproape de valorile necesare, ar putea compensa diferența de tensiune și ieșire.

Ceilalți parametri, cum ar fi materialul de bază, efectul golului de aer și polarizarea, ar trebui să fie luați în considerare de către ingineri.

Calculele de proiectare a convertorului flyback luând în considerare poziția comutatorului sunt discutate mai jos.

Când comutatorul este PORNIT

Vin – VL – Vs = 0

În condiții ideale, Vs = 0 (cădere de tensiune)

Atunci Vin - VL = 0

VL = Lp di / dt

di = (VL / Lp) x dt

De cand VL = Vin

di = (Vin / Lp) x dt

Prin aplicarea integrării pe ambele părți, obținem,

Curentul la înfășurarea primară este

Ipri = (Vin. / Lp) Ton

Energia totală stocată în înfășurarea primară este,

Epri = ½ Ipri^DouăX Lp

Unde Vin = tensiunea de intrare

Lp = inductanța înfășurării primare sau inductanța primară.

Ton = perioada când comutatorul este pornit

Când comutatorul este OPRIT

VL (secundar) - VD - Seif = 0

Căderea de tensiune a diodei va fi zero într-o stare ideală

VL (secundar) - Vout = 0

VL (secundar) = Vout

VL = Ls di / dt

di = (VL secundar / Ls) / dt

Din moment ce VL secundar = Vout

Prin urmare,

di = Vout / Ls) X dt

Prin aplicarea integrării, obținem

Isec = (Vsec / Ls) (T - Ton)

Energia totală transferată este exprimată ca

Esec = ½ [(Vsec / Ls). (T - Ton)]^Două. Ls

Unde Vsec = tensiunea în înfășurarea secundară = tensiunea totală de ieșire la sarcină

Ls = inductanța înfășurării secundare

T = perioada de semnal pwm

Ton = timp de pornire

Funcționarea convertorului Flyback / Principiul de lucru

Funcționarea convertorului flyback poate fi înțeleasă din diagrama de mai sus. Principiul de funcționare se bazează pe modul de alimentare cu comutare (SMPS).

Când comutatorul este în poziția ON, nu există transfer de energie între intrare și sarcină. Energia totală va fi stocată în înfășurarea primară a circuitului. Aici scurgeți tensiunea Vd = 0 și curentul Ip trece prin înfășurarea primară. Energia este stocată sub forma inductanței magnetice a transformatorului și curentul crește cu timpul liniar. Apoi dioda devine polarizată invers și nu curge curent către înfășurarea secundară a transformatorului și energia totală este stocată în condensatorul utilizat la ieșire.

Când comutatorul este în poziția OPRIT, energia este transferată la sarcină prin schimbarea polarității înfășurărilor transformatorului datorită câmpului magnetic și circuitul redresor începe să rectifice tensiunea. Energia totală din miez va fi transferată la sarcină va fi corectată și procesul va continua până când energia din miez este epuizată sau până când comutatorul este pornit.

Topologia convertorului Flyback

Topologia convertorului flyback este adaptabilă, flexibilă, simplă, în cea mai mare parte utilizată SMPS (switch mode power supply), cu caracteristici de performanță bune, care oferă un avantaj multor aplicații.
Caracteristicile de performanță ale topologiei convertorului flyback sunt prezentate mai jos.

Topologia Flyback

Formele de undă de mai sus arată tranzițiile bruște și curenții de inversare a înfășurării primare și secundare a transformatorului flyback. Tensiunea de ieșire va fi reglată prin reglarea acțiunilor de pornire / oprire ale ciclului de funcționare al înfășurării primare. Putem izola intrarea și ieșirea folosind feedback-ul sau folosind o înfășurare suplimentară pe transformator

Flyback Topologie SMPS

Diagrama SMPS a topologiei flyback este prezentată mai jos.

Designul SMPS al topologiei flyback necesită mai puțin. De componente pentru o gamă de putere dată în comparație cu alte topologii SMPS. Poate funcționa pentru o anumită sursă de curent alternativ sau continuu. Dacă intrarea este preluată de la sursa de curent alternativ, atunci tensiunea de ieșire ar fi complet corectată. Aici MOSFET este folosit ca SMPS.

Funcționarea topologiei SMPS flyback se bazează complet pe poziția comutatorului, adică MOSFET.

Flyback Topologie SMPS

Poate funcționa într-un mod continuu sau întrerupt pe baza poziției comutatorului sau FET. În modelul întrerupt, curentul din înfășurarea secundară devine zero înainte ca comutatorul să fie pornit. În modul continuu, curentul din secundar nu devine zero.

Când comutatorul este oprit, energia stocată în inductanța de scurgere a transformatorului curge prin înfășurarea primară și este absorbită de circuitul de prindere de intrare sau circuitul snubber. Rolul circuitului snubber este de a proteja comutatorul de tensiuni inductive ridicate. Va exista o disipare a puterii în timpul tranzițiilor ON și OFF ale comutatorului.

Proiectare transformator SMPS Flyback

Proiectarea transformatorului SMPS flyback este mai populară decât proiectarea normală a surselor de alimentare datorită costului redus, eficienței și designului simplu. Izolează înfășurarea primară și secundară a transformatorului pentru intrări multiple date și oferă tensiuni de ieșire multiple, care pot fi pozitive sau negative.

Proiectarea de bază a transformatorului SMPS flyback atunci când comutatorul este PORNIT și OPRIT este prezentată mai jos. Este, de asemenea, utilizat ca convertor de putere izolat. Transformatorul flyback utilizat în proiectare conține înfășurare primară și secundară, separat electric pentru a evita cuplarea tranzitorie, buclele de împământare și oferă flexibilitate.

Comutatorul transformatorului este PORNIT

Utilizarea designului transformatorului SMPS flyback are un avantaj față de proiectarea convențională a transformatoarelor. Aici curentul nu curge prin înfășurarea primară și secundară în același timp, deoarece faza înfășurării se inversează așa cum se arată în figura de mai sus.

Comutatorul transformatorului este OPRIT

Stochează energia sub formă de câmp magnetic în înfășurarea primară pentru o anumită perioadă de timp și se transferă înfășurarea primară. Tensiunea maximă a sarcinii de ieșire, intervalele de funcționare, intervalele de tensiune de intrare și ieșire, capacitatea de livrare a puterii și caracteristicile ciclurilor de flyback sunt parametrii importanți în proiectarea transformatorului SMPS flyback.

Aplicații

aplicații convertor flyback sunteți,

• Folosit în televizoare și în bucăți cu putere redusă de până la 250W
• Utilizat în surse de alimentare stand by în bucăți electronice (modul de comutare cu putere redusă)
• Folosit la telefoanele mobile și încărcătoarele mobile
• Utilizat în surse de înaltă tensiune, cum ar fi televizor, CRT-uri, lasere, lanterne și dispozitive de copiere etc.
• Folosit în mai multe surse de alimentare de intrare-ieșire
• Folosit în circuite izolate de acționare a porții.

Astfel, totul este vorba o prezentare generală a convertorului flyback - proiectare, principiu de funcționare, funcționare, topologie, proiectare transformator SMPS flyback, topologie, proiectare topologie SMPS și aplicații. Iată o întrebare pentru dvs. „Care sunt avantajele convertorului flyback? „