Ο μετατροπέας flyback έχει σχεδιαστεί όπως η τροφοδοσία εναλλαγής από τα τελευταία 70 χρόνια για να εκτελεί οποιονδήποτε τύπο μετατροπής όπως AC σε DC και DC σε DC. Ο σχεδιασμός του flyback έδωσε το πλεονέκτημα να αναπτύξει την τηλεόραση για επικοινωνία από τις αρχές της δεκαετίας του 1930 έως το 1940. Χρησιμοποιεί μια έννοια γραμμικής τροφοδοσίας μεταγωγής. ο μετασχηματιστής flyback αποθηκεύει μαγνητική ενέργεια και ενεργεί ως επαγωγέας σε σύγκριση με μια σχεδίαση χωρίς επιστροφή. Αυτό το άρθρο αφορά τη λειτουργία του μετατροπέα flyback και την τοπολογία του.
Τι είναι ένας μετατροπέας Flyback;
Οι μετατροπείς Flyback ορίζονται ως μετατροπείς ισχύος, οι οποίοι μετατρέπουν AC σε DC με γαλβανική απομόνωση μεταξύ των εισόδων και των εξόδων. Αποθηκεύει την ενέργεια όταν το ρεύμα ρέει μέσω του κυκλώματος και απελευθερώνει την ενέργεια όταν αφαιρείται η ισχύς. Χρησιμοποίησε έναν αμοιβαία συνδεδεμένο επαγωγέα και ενεργεί ως ένας απομονωμένος μετατροπέας μεταγωγής για μετασχηματιστές τάσης προς τα κάτω ή προς τα πάνω.
Μπορεί να ελέγχει και να ρυθμίζει τις πολλαπλές τάσεις εξόδου με ένα ευρύ φάσμα τάσεων εισόδου. ο συστατικά απαιτείται για το σχεδιασμό ενός μετατροπέα flyback είναι μερικά σε σύγκριση με άλλα κυκλώματα τροφοδοσίας λειτουργίας εναλλαγής. Η λέξη flyback αναφέρεται ως η ενεργοποίηση / απενεργοποίηση του διακόπτη που χρησιμοποιείται στη σχεδίαση.
Σχεδιασμός Flyback Converter
Ο σχεδιασμός του μετατροπέα flyback είναι πολύ απλός και περιέχει ηλεκτρικά εξαρτήματα όπως ένας μετασχηματιστής flyback, διακόπτης, ανορθωτής, φίλτρο και μια συσκευή ελέγχου για την οδήγηση του διακόπτη και την επίτευξη ρύθμισης.
Ο διακόπτης χρησιμοποιείται για ON και OFF το πρωτεύον κύκλωμα, το οποίο μπορεί να μαγνητίσει ή να απομαγνητίσει τον μετασχηματιστή. Το σήμα PWM από τον ελεγκτή ελέγχει τη λειτουργία του διακόπτη. Στα περισσότερα σχέδια μετασχηματιστή flyback, το FET ή το MOSFET ή ένα βασικό τρανζίστορ χρησιμοποιείται ως διακόπτης.
Σχεδιασμός Flyback Converter
Ο ανορθωτής διορθώνει την τάση της δευτερεύουσας περιέλιξης για να πάρει παλμική έξοδο DC και αποσυνδέει το φορτίο από τη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή. Ο πυκνωτής φιλτράρει την τάση εξόδου του ανορθωτή και αυξάνει το επίπεδο εξόδου DC σύμφωνα με την επιθυμητή εφαρμογή.
Ο μετασχηματιστής flyback χρησιμοποιείται ως επαγωγέας για την αποθήκευση της μαγνητικής ενέργειας. Έχει σχεδιαστεί ως δύο συζευγμένος επαγωγέας, ο οποίος λειτουργεί ως πρωτογενής και δευτερεύουσα περιέλιξη. Λειτουργεί σε υψηλές συχνότητες σχεδόν 50KHz.
Υπολογισμοί σχεδιασμού
Είναι απαραίτητο να εξεταστεί το υπολογισμοί σχεδίασης μετατροπέα flyback του λόγου στροφών, του κύκλου λειτουργίας και των ρευμάτων πρωτογενών και δευτερευόντων περιελίξεων. Επειδή ο λόγος στροφών μπορεί να επηρεάσει το ρεύμα που ρέει μέσω της πρωτεύουσας και της δευτερεύουσας περιέλιξης και επίσης του κύκλου λειτουργίας. Όταν ο λόγος στροφής είναι υψηλός, τότε ο κύκλος λειτουργίας γίνεται επίσης υψηλός και μειώνεται το ρεύμα που διέρχεται από την πρωτογενή και δευτερεύουσα περιέλιξη.
Καθώς ο μετασχηματιστής που χρησιμοποιείται στο κύκλωμα είναι προσαρμοσμένος τύπος, δεν είναι δυνατόν να αποκτήσετε έναν τέλειο μετασχηματιστή με αναλογία στροφών αυτές τις μέρες. Ως εκ τούτου, επιλέγοντας τον μετασχηματιστή με τις επιθυμητές βαθμολογίες και πλησιέστερα στις απαιτούμενες βαθμολογίες μπορεί να αντισταθμίσει τη διαφορά στην τάση και την έξοδο.
Οι άλλες παράμετροι όπως το υλικό πυρήνα, η επίδραση του διακένου αέρα και η πόλωση θα πρέπει να ληφθούν υπόψη από τους μηχανικούς.
Οι υπολογισμοί σχεδίασης μετατροπέα flyback λαμβάνοντας υπόψη τη θέση του διακόπτη συζητούνται παρακάτω.
Όταν ο διακόπτης είναι ΟΝ
Vin - VL - Vs = 0
Σε ιδανική κατάσταση, Vs = 0 (πτώση τάσης)
Επειτα Vin - VL = 0
VL = Lp di / dt
di = (VL / Lp) x dt
Από VL = Vin
di = (Vin / Lp) x dt
Εφαρμόζοντας την ένταξη και στις δύο πλευρές,
Το ρεύμα στην πρωτεύουσα περιέλιξη είναι
Ipri = (Vin. / Lp) Ton
Η συνολική ενέργεια που αποθηκεύεται στην πρωτογενή περιέλιξη είναι,
Epri = ½ ΊπριδύοX Lp
Όπου Vin = τάση εισόδου
Lp = επαγωγή της πρωτεύουσας περιέλιξης ή της πρωταρχικής επαγωγής.
Ton = περίοδος κατά την οποία ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος
Όταν ο διακόπτης είναι απενεργοποιημένος
VL (δευτερεύον) - VD - Vault = 0
Η πτώση τάσης διόδου θα είναι μηδενική σε ιδανική κατάσταση
VL (δευτερεύον) - Vout = 0
VL (δευτερεύον) = Vout
VL = Ls di / dt
di = (VL δευτερεύον / Ls) / dt
Από VL δευτερεύον = Vout
Ως εκ τούτου,
di = Vout / Ls) Χ dt
Εφαρμόζοντας την ενσωμάτωση, παίρνουμε
Isec = (Vsec / Ls) (Τ - τόνος)
Η συνολική ενέργεια που μεταφέρεται εκφράζεται ως
Esec = ½ [(Vsec / Ls). (Τ - Τόνος)]δύο. Λδ
Όπου Vsec = τάση στη δευτερεύουσα περιέλιξη = συνολική τάση εξόδου στο φορτίο
Ls = επαγωγή της δευτερεύουσας περιέλιξης
T = περίοδος σήματος pwm
Ton = ώρα ενεργοποίησης
Λειτουργία Flyback Converter / Αρχή λειτουργίας
Η λειτουργία του μετατροπέα flyback μπορεί να γίνει κατανοητή από το παραπάνω διάγραμμα. Η αρχή λειτουργίας βασίζεται στη λειτουργία τροφοδοσίας διακόπτη (SMPS).
Όταν ο διακόπτης είναι στη θέση ΟΝ, δεν υπάρχει μεταφορά ενέργειας μεταξύ της εισόδου και του φορτίου. Η συνολική ενέργεια θα αποθηκευτεί στην πρωτεύουσα περιέλιξη του κυκλώματος. Εδώ η τάση αποστράγγισης Vd = 0 και το τρέχον Ip περνά μέσω της πρωτεύουσας περιέλιξης. Η ενέργεια αποθηκεύεται με τη μορφή της μαγνητικής επαγωγής του μετασχηματιστή και το ρεύμα αυξάνεται με το χρόνο γραμμικά. Στη συνέχεια, η δίοδος γίνεται αντίστροφη μεροληψία και δεν ρέει ρεύμα στη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή και η συνολική ενέργεια αποθηκεύεται στον πυκνωτή που χρησιμοποιείται στην έξοδο.
Όταν ο διακόπτης είναι στη θέση OFF, η ενέργεια μεταφέρεται στο φορτίο αλλάζοντας την πολικότητα των περιελίξεων του μετασχηματιστή λόγω του μαγνητικού πεδίου και το κύκλωμα ανορθωτή αρχίζει να διορθώνει την τάση. Η συνολική ενέργεια στον πυρήνα θα μεταφερθεί στο φορτίο θα διορθωθεί και η διαδικασία θα συνεχιστεί έως ότου εξαντληθεί η ενέργεια στον πυρήνα ή μέχρι να ενεργοποιηθεί ο διακόπτης.
Τοπολογία μετατροπέα Flyback
Η τοπολογία του μετατροπέα flyback είναι προσαρμόσιμη, ευέλικτη, απλή, ως επί το πλείστον, χρησιμοποιημένη σχεδίαση SMPS (διακόπτης τροφοδοσίας) με καλά χαρακτηριστικά απόδοσης που δίνει πλεονέκτημα σε πολλές εφαρμογές.
Τα χαρακτηριστικά απόδοσης της τοπολογίας μετατροπέα flyback φαίνονται παρακάτω.
Τοπολογία Flyback
Οι παραπάνω κυματομορφές δείχνουν τις ξαφνικές μεταβάσεις και τα ρεύματα αναστροφής της πρωτεύουσας και δευτερεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή flyback. Η τάση εξόδου θα ρυθμιστεί ρυθμίζοντας τις ενέργειες ενεργοποίησης / απενεργοποίησης του κύκλου λειτουργίας της πρωτεύουσας περιέλιξης. Μπορούμε να απομονώσουμε την είσοδο και την έξοδο χρησιμοποιώντας τα σχόλια, ή χρησιμοποιώντας μια επιπλέον περιέλιξη στον μετασχηματιστή
Flyback Τοπολογία SMPS
Τα διαγράμματα τοπολογίας SMPS flyback φαίνονται παρακάτω.
Ο σχεδιασμός τοπολογίας flyback SMPS απαιτεί λιγότερο όχι. Των εξαρτημάτων για ένα δεδομένο εύρος ισχύος σε σύγκριση με άλλες τοπολογίες SMPS. Μπορεί να λειτουργήσει για μια δεδομένη πηγή AC ή DC. Εάν η είσοδος λαμβάνεται από την πηγή AC, τότε η τάση εξόδου θα διορθωθεί πλήρως. Εδώ το MOSFET χρησιμοποιείται ως SMPS.
Η λειτουργία της τοπολογίας SMPS flyback βασίζεται πλήρως στη θέση του διακόπτη, δηλαδή στο MOSFET.
Flyback Τοπολογία SMPS
Μπορεί να λειτουργεί σε συνεχή ή διακοπή λειτουργία με βάση τη θέση του διακόπτη ή του FET. Στο μοντέλο που έχει διακοπεί, το ρεύμα στη δευτερεύουσα περιέλιξη γίνεται μηδέν προτού ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος. Στη συνεχή λειτουργία, το ρεύμα στη δευτερεύουσα δεν γίνεται μηδέν.
Όταν ο διακόπτης είναι απενεργοποιημένος, η ενέργεια που αποθηκεύεται στην επαγωγή διαρροής του μετασχηματιστή ρέει μέσω της πρωτεύουσας περιέλιξης και απορροφάται από το κύκλωμα σφιγκτήρα εισόδου ή το κύκλωμα ψαλιδιού. Ο ρόλος του κυκλώματος snubber είναι η προστασία του διακόπτη από υψηλές επαγωγικές τάσεις. Θα υπάρξει απαγωγή ισχύος κατά τη διάρκεια των μεταβάσεων ON και OFF του διακόπτη.
Σχεδιασμός SMPS Flyback Transformer
Ο σχεδιασμός μετασχηματιστή SMPS είναι πιο δημοφιλής από τα κανονικά σχέδια τροφοδοσίας λόγω του χαμηλού κόστους, της απόδοσης και του απλού σχεδιασμού του. Απομόνωση της πρωτεύουσας και δευτερεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή για δεδομένες πολλαπλές εισόδους και παρέχει πολλαπλές τάσεις εξόδου, οι οποίες μπορεί να είναι θετικές ή αρνητικές.
Η βασική σχεδίαση μετασχηματιστή SMPS όταν ο διακόπτης είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ και ΑΠΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ φαίνεται παρακάτω. Χρησιμοποιείται επίσης ως απομονωμένος μετατροπέας ισχύος. Ο μετασχηματιστής flyback που χρησιμοποιείται στη σχεδίαση περιέχει πρωτογενή και δευτερεύουσα περιέλιξη, διαχωρισμένος ηλεκτρικά για αποφυγή παροδικής σύζευξης, βρόχους γείωσης και παρέχει ευελιξία.
Ο διακόπτης μετασχηματιστή είναι ΟΝ
Η χρήση του σχεδιασμού μετασχηματιστή SMPS έχει πλεονέκτημα έναντι του συμβατικού σχεδιασμού μετασχηματιστή. Εδώ το ρεύμα δεν ρέει μέσω της πρωτεύουσας και της δευτερεύουσας περιέλιξης ταυτόχρονα επειδή η φάση της περιέλιξης αντιστρέφεται όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.
Ο διακόπτης μετασχηματιστή είναι απενεργοποιημένος
Αποθηκεύει την ενέργεια με τη μορφή του μαγνητικού πεδίου στην πρωτεύουσα περιέλιξη για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα και μεταφέρει στην πρωτογενή περιέλιξη. Η μέγιστη τάση φορτίου εξόδου, εύρη λειτουργίας, εύρη τάσης εισόδου και εξόδου, ικανότητα παράδοσης ισχύος και τα χαρακτηριστικά των κύκλων επιστροφής είναι οι σημαντικές παράμετροι στο σχεδιασμό μετασχηματιστή SMPS.
Εφαρμογές
ο εφαρμογές μετατροπής flyback είναι,
- Χρησιμοποιείται σε τηλεοράσεις και υπολογιστές με χαμηλή ισχύ έως 250W
- Χρησιμοποιείται σε τροφοδοτικά Stand by σε ηλεκτρονικά τεμάχια (λειτουργία διακόπτη χαμηλής ισχύος)
- Χρησιμοποιείται σε κινητά τηλέφωνα και φορητούς φορτιστές
- Χρησιμοποιείται σε προμήθειες υψηλής τάσης όπως τηλεόραση, CRT, λέιζερ, φακούς και συσκευές αντιγραφής κ.λπ.
- Χρησιμοποιείται σε πολλά τροφοδοτικά εισόδου-εξόδου
- Χρησιμοποιείται σε απομονωμένα κυκλώματα κίνησης πύλης.
Επομένως, αυτό είναι όλο μια επισκόπηση του μετατροπέα flyback - σχεδιασμός, αρχή λειτουργίας, λειτουργία, τοπολογία, σχεδιασμός μετασχηματιστή SMPS, τοπολογία, σχεδιασμός τοπολογίας SMPS και εφαρμογές. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, 'Ποια είναι τα πλεονεκτήματα του μετατροπέα flyback; «
