Przetwornica typu flyback została zaprojektowana tak, jak zasilacz impulsowy z ostatnich 70 lat, aby wykonywać wszelkiego rodzaju konwersje, takie jak AC na DC i DC na DC. Projekt flyback dał przewagę przy opracowywaniu telewizji do komunikacji we wczesnych latach trzydziestych do czterdziestych XX wieku. Wykorzystuje nieliniową koncepcję zasilania przełączającego. Plik transformator flyback przechowuje energię magnetyczną i działa jako induktor w porównaniu do projektu bez flyback. Ten artykuł dotyczy działania konwertera flyback i jego topologii.
Co to jest konwerter Flyback?
Przetwornice flyback definiowane są jako przetwornice mocy, które przekształcają prąd przemienny w prąd stały z izolacją galwaniczną między wejściami i wyjściami. Przechowuje energię, gdy prąd przepływa przez obwód i uwalnia energię, gdy moc zostanie usunięta. Wykorzystał wzajemnie sprzężoną cewkę indukcyjną i działa jako izolowany przetwornik przełączający dla przekładników obniżających lub podwyższających napięcie.
Może sterować i regulować wiele napięć wyjściowych z szerokim zakresem napięć wejściowych. Plik składniki Wymaganych do zaprojektowania konwertera typu flyback jest kilka w porównaniu z innymi obwodami zasilacza impulsowego. Słowo flyback jest określane jako działanie włącznika / wyłącznika używanego w projekcie.
Projekt konwertera Flyback
Konstrukcja konwertera flyback jest bardzo prosta i zawiera komponenty elektryczne jak transformator flyback, przełącznik, prostownik, filtr i urządzenie sterujące do sterowania przełącznikiem i uzyskania regulacji.
Przełącznik służy do włączania i wyłączania obwodu pierwotnego, który może namagnesować lub odmagnesować transformator. Sygnał PWM ze sterownika steruje działaniem przełącznika. W większości konstrukcji transformatorów flyback jako przełącznik używany jest FET lub MOSFET lub tranzystor podstawowy.
Projekt konwertera Flyback
Prostownik prostuje napięcie uzwojenia wtórnego, aby uzyskać pulsujące napięcie wyjściowe DC i odłącza obciążenie od uzwojenia wtórnego transformatora. Kondensator filtruje napięcie wyjściowe prostownika i zwiększa poziom wyjściowy DC zgodnie z żądanym zastosowaniem.
Transformator flyback służy jako cewka indukcyjna do magazynowania energii magnetycznej. Został zaprojektowany jako cewka indukcyjna z dwoma sprzężeniami, która działa jako uzwojenie pierwotne i wtórne. Działa na wysokich częstotliwościach prawie 50 kHz.
Obliczenia projektowe
Konieczne jest rozważenie obliczenia projektowe konwertera flyback współczynnika zwojów, cyklu pracy i prądów uzwojeń pierwotnych i wtórnych. Ponieważ współczynnik zwojów może wpływać na prąd przepływający przez uzwojenie pierwotne i wtórne, a także na cykl pracy. Gdy współczynnik zwojów jest wysoki, cykl pracy również staje się wysoki, a prąd przepływający przez uzwojenie pierwotne i wtórne maleje.
Ponieważ transformator używany w obwodzie jest niestandardowym typem, obecnie nie jest możliwe uzyskanie idealnego transformatora ze współczynnikiem zwojów. Dlatego wybierając transformator o pożądanych wartościach znamionowych i bliżej wymaganych wartości znamionowych, można skompensować różnicę w napięciu i wyjściu.
Pozostałe parametry, takie jak materiał rdzenia, efekt szczeliny powietrznej i polaryzacja, powinny zostać uwzględnione przez inżynierów.
Obliczenia projektowe konwertera typu flyback z uwzględnieniem położenia przełącznika omówiono poniżej.
Gdy przełącznik jest włączony
Vin - VL - Vs = 0
W idealnym stanie Vs = 0 (spadek napięcia)
Następnie Vin - VL = 0
VL = Lp di / dt
di = (VL / Lp) x dt
Od VL = Vin
di = (Vin / Lp) x dt
Stosując integrację po obu stronach, otrzymujemy
Prąd na uzwojeniu pierwotnym wynosi
Ipri = (Vin. / Lp) Ton
Całkowita energia zmagazynowana w uzwojeniu pierwotnym wynosi,
Epri = ½ IpridwaX Lp
Gdzie Vin = napięcie wejściowe
Lp = indukcyjność pierwotnego uzwojenia lub pierwotna indukcyjność.
Ton = okres, w którym przełącznik jest włączony
Gdy przełącznik jest wyłączony
VL (wtórne) - VD - Vault = 0
W idealnym stanie spadek napięcia na diodzie wyniesie zero
VL (wtórne) - Vout = 0
VL (wtórne) = Vout
VL = Ls di / dt
di = (VL wtórne / Ls) / dt
Ponieważ VL wtórne = Vout
W związku z tym,
di = Vout / Ls) X dt
Stosując integrację, otrzymujemy
Isec = (Vsec / Ls) (T - Ton)
Całkowita przekazana energia jest wyrażona jako
Esec = ½ [(Vsec / Ls). (T - ton)]dwa. Ls
Gdzie Vsec = napięcie w uzwojeniu wtórnym = całkowite napięcie wyjściowe przy obciążeniu
Ls = indukcyjność uzwojenia wtórnego
T = okres sygnału pwm
Ton = czas włączenia
Działanie konwertera Flyback / zasada działania
Działanie konwertera typu flyback można zrozumieć z powyższego schematu. Zasada działania opiera się na trybie zasilania impulsowego (SMPS).
Gdy przełącznik jest w pozycji ON, nie ma transferu energii między wejściem a obciążeniem. Całkowita energia zostanie zmagazynowana w pierwotnym uzwojeniu obwodu. Tutaj napięcie drenu Vd = 0, a prąd Ip przepływa przez uzwojenie pierwotne. Energia jest magazynowana w postaci indukcyjności magnetycznej transformatora, a prąd rośnie liniowo w czasie. Następnie dioda zostaje spolaryzowana odwrotnie i żaden prąd nie płynie do uzwojenia wtórnego transformatora, a całkowita energia jest magazynowana w kondensatorze używanym na wyjściu.
Gdy wyłącznik znajduje się w pozycji OFF, energia jest przekazywana do obciążenia poprzez zmianę polaryzacji uzwojeń transformatora pod wpływem pola magnetycznego, a obwód prostownika zaczyna prostować napięcie. Całkowita energia w rdzeniu zostanie przekazana do obciążenia, a proces będzie kontynuowany do wyczerpania energii w rdzeniu lub do włączenia przełącznika.
Topologia konwertera Flyback
Topologia konwertera typu flyback jest elastyczną, prostą, najczęściej używaną konstrukcją SMPS (zasilacz impulsowy) z dobrymi parametrami wydajności, co daje przewagę w wielu zastosowaniach.
Poniżej przedstawiono charakterystyki wydajnościowe topologii konwertera typu flyback.
Topologia flyback
Powyższe przebiegi pokazują nagłe przejścia i prądy zwrotne uzwojenia pierwotnego i wtórnego transformatora typu flyback. Napięcie wyjściowe będzie regulowane poprzez regulację czynności włączania / wyłączania cyklu pracy uzwojenia pierwotnego. Możemy izolować wejście i wyjście za pomocą sprzężenia zwrotnego lub dodatkowego uzwojenia transformatora
SMPS w topologii Flyback
Diagramy SMPS topologii flyback pokazano poniżej.
Projekt SMPS topologii flyback nie wymaga mniej. Komponentów dla danego zakresu mocy w porównaniu z innymi topologiami SMPS. Może pracować dla danego źródła AC lub DC. Jeśli wejście jest pobierane ze źródła prądu przemiennego, napięcie wyjściowe byłoby w pełni wyprostowane. Tutaj MOSFET jest używany jako SMPS.
Działanie topologii SMPS flyback jest całkowicie oparte na położeniu przełącznika, tj. MOSFET.
SMPS w topologii Flyback
Może pracować w trybie ciągłym lub przerywanym w zależności od położenia przełącznika lub FET. W modelu wycofywanym prąd w uzwojeniu wtórnym spada do zera przed włączeniem przełącznika. W trybie ciągłym prąd w obwodzie wtórnym nie spada do zera.
Gdy wyłącznik jest wyłączony, energia zmagazynowana w indukcyjności rozproszenia transformatora przepływa przez uzwojenie pierwotne i jest pochłaniana przez obwód zacisku wejściowego lub obwód tłumika. Rolą obwodu tłumiącego jest ochrona wyłącznika przed wysokimi napięciami indukcyjnymi. Podczas przełączania włącznika i wyłącznika nastąpi rozproszenie mocy.
Projekt transformatora Flyback SMPS
Konstrukcja transformatora typu flyback SMPS jest bardziej popularna niż normalne projekty zasilaczy ze względu na niski koszt, wydajność i prostą konstrukcję. Izoluje uzwojenie pierwotne i wtórne transformatora dla danych wielu wejść i zapewnia wiele napięć wyjściowych, które mogą być dodatnie lub ujemne.
Podstawowy projekt transformatora typu flyback SMPS, gdy przełącznik jest włączony i wyłączony, pokazano poniżej. Jest również używany jako izolowany konwerter mocy. Zastosowany w projekcie transformator typu flyback zawiera uzwojenie pierwotne i wtórne, oddzielone elektrycznie w celu uniknięcia przejściowych sprzężeń, pętli uziemienia i zapewnia elastyczność.
Przełącznik transformatora jest włączony
Zastosowanie konstrukcji transformatora typu flyback SMPS ma przewagę nad konwencjonalną konstrukcją transformatora. Tutaj prąd nie przepływa przez uzwojenie pierwotne i wtórne w tym samym czasie, ponieważ faza uzwojenia zostaje odwrócona, jak pokazano na powyższym rysunku.
Przełącznik transformatora jest wyłączony
Przechowuje energię w postaci pola magnetycznego w uzwojeniu pierwotnym przez określony czas i przenosi ją do uzwojenia pierwotnego. Maksymalne napięcie wyjściowe obciążenia, zakresy robocze, zakresy napięcia wejściowego i wyjściowego, zdolność dostarczania mocy i charakterystyka cykli flyback to ważne parametry w projekcie transformatora typu flyback SMPS.
Aplikacje
Plik aplikacje konwertera flyback są,
- Stosowany w telewizorach i komputerach o małej mocy do 250W
- Używany w zasilaczach Stand by w komputerach elektronicznych (tryb niskiego poboru mocy)
- Używany w telefonach komórkowych i ładowarkach mobilnych
- Używany w zasilaczach wysokiego napięcia, takich jak telewizory, CRT, lasery, latarki i urządzenia kopiujące itp.
- Używany w wielu zasilaczach wejściowo-wyjściowych
- Używany w izolowanych obwodach napędu bramy.
A więc o to chodzi przegląd konwertera flyback - projekt, zasada działania, działanie, topologia, projekt transformatora flyback SMPS, topologia, projekt topologii SMPS i aplikacje. Oto pytanie do Ciebie: „Jakie są zalety konwertera typu flyback? „
