Il convertitore flyback è progettato come l'alimentatore switching degli ultimi 70 anni per eseguire qualsiasi tipo di conversione come CA in CC e CC in CC. Il design del flyback ha dato il vantaggio di sviluppare la televisione per la comunicazione nei primi anni '30 e '40. Utilizza un concetto di alimentazione a commutazione non lineare. Il trasformatore flyback immagazzina energia magnetica e agisce come un induttore rispetto a un design non flyback. Questo articolo riguarda il funzionamento del convertitore flyback e la sua topologia.
Cos'è un convertitore flyback?
I convertitori flyback sono definiti come convertitori di potenza, che convertono CA in CC con isolamento galvanico tra gli ingressi e le uscite. Memorizza l'energia quando la corrente scorre attraverso il circuito e rilascia l'energia quando l'alimentazione viene rimossa. Utilizzava un induttore reciprocamente accoppiato e funge da convertitore di commutazione isolato per trasformatori di tensione step-down o step-up.
Può controllare e regolare le tensioni di uscita multiple con un'ampia gamma di tensioni di ingresso. Il componenti necessari per progettare un convertitore flyback sono pochi rispetto ad altri circuiti di alimentazione in modalità di commutazione. La parola flyback è indicata come l'azione on / off dell'interruttore utilizzato nel progetto.
Flyback Converter Design
Il design del convertitore flyback è molto semplice e contiene componenti elettrici come un trasformatore flyback, un interruttore, un raddrizzatore, un filtro e un dispositivo di controllo per azionare l'interruttore e ottenere la regolazione.
L'interruttore serve per accendere e spegnere il circuito primario, che può magnetizzare o smagnetizzare il trasformatore. Il segnale PWM dal controller controlla il funzionamento dell'interruttore. Nella maggior parte dei modelli di trasformatori flyback, come interruttore viene utilizzato FET o MOSFET o un transistor di base.
Flyback Converter Design
Il raddrizzatore raddrizza la tensione dell'avvolgimento secondario per ottenere un'uscita CC pulsante e scollega il carico dall'avvolgimento secondario del trasformatore. Il condensatore filtra la tensione di uscita del raddrizzatore e aumenta il livello di uscita CC secondo l'applicazione desiderata.
Il trasformatore flyback viene utilizzato come induttore per immagazzinare l'energia magnetica. È progettato come un induttore a due accoppiamenti, che funge da avvolgimento primario e secondario. Funziona ad alte frequenze di quasi 50 KHz.
Calcoli di progettazione
È necessario considerare il calcoli di progettazione del convertitore flyback del rapporto spire, del ciclo di lavoro e delle correnti degli avvolgimenti primari e secondari. Perché il rapporto di spire potrebbe influenzare la corrente che scorre attraverso l'avvolgimento primario e secondario e anche il ciclo di lavoro. Quando il rapporto di rotazione è alto, anche il ciclo di lavoro diventa elevato e la corrente che passa attraverso l'avvolgimento primario e secondario diminuisce.
Poiché il trasformatore utilizzato nel circuito è di tipo personalizzato, oggigiorno non è possibile ottenere un trasformatore perfetto con un rapporto di rotazione. Quindi, scegliendo il trasformatore con i valori desiderati e più vicino ai valori richiesti, si potrebbe compensare la differenza di tensione e uscita.
Gli altri parametri come il materiale del nucleo, l'effetto del traferro e la polarizzazione dovrebbero essere considerati dagli ingegneri.
I calcoli di progettazione del convertitore flyback considerando la posizione dell'interruttore sono discussi di seguito.
Quando l'interruttore è su ON
Vin - VL - Vs = 0
In condizioni ideali, Vs = 0 (caduta di tensione)
Poi Vin - VL = 0
VL = Lp di / dt
di = (VL / Lp) x dt
Da VL = Vin
di = (Vin / Lp) x dt
Applicando l'integrazione su entrambi i lati otteniamo,
La corrente all'avvolgimento primario è
Ipri = (Vin. / Lp) Ton
L'energia totale immagazzinata nell'avvolgimento primario è,
Epri = ½ IpriDueX Lp
Dove Vin = tensione di ingresso
Lp = induttanza dell'avvolgimento primario o induttanza primaria.
Ton = periodo in cui l'interruttore è acceso
Quando l'interruttore è spento
VL (secondario) - VD - Vault = 0
La caduta di tensione del diodo sarà zero in una condizione ideale
VL (secondario) - Vout = 0
VL (secondario) = Vout
VL = Ls di / dt
di = (VL secondary / Ls) / dt
Poiché VL secondario = Vout
Quindi,
di = Vout / Ls) X dt
Applicando l'integrazione, otteniamo
Isec = (Vsec / Ls) (T - Ton)
L'energia totale trasferita è espressa come
Esec = ½ [(Vsec / Ls). (T - Tono)]Due. Ls
Dove Vsec = tensione nell'avvolgimento secondario = tensione di uscita totale al carico
Ls = induttanza dell'avvolgimento secondario
T = periodo del segnale pwm
Ton = tempo di accensione
Funzionamento del convertitore flyback / Principio di funzionamento
Il funzionamento del convertitore flyback può essere compreso dallo schema sopra. Il principio di funzionamento si basa sulla modalità SMPS (Switch Mode Power Supply).
Quando l'interruttore è in posizione ON, non c'è trasferimento di energia tra l'ingresso e il carico. L'energia totale verrà immagazzinata nell'avvolgimento primario del circuito. Qui la tensione di drain Vd = 0 e la corrente Ip passa attraverso l'avvolgimento primario. L'energia viene immagazzinata sotto forma di induttanza magnetica del trasformatore e la corrente aumenta nel tempo linearmente. Quindi il diodo diventa polarizzato inversamente e nessuna corrente fluisce all'avvolgimento secondario del trasformatore e l'energia totale viene immagazzinata nel condensatore utilizzato in uscita.
Quando l'interruttore è in posizione OFF, l'energia viene trasferita al carico modificando la polarità degli avvolgimenti del trasformatore a causa del campo magnetico e il circuito raddrizzatore inizia a raddrizzare la tensione. L'energia totale nel nucleo verrà trasferita al carico verrà rettificata e il processo continuerà fino a quando l'energia nel nucleo è esaurita o fino a quando l'interruttore non viene acceso.
Topologia del convertitore flyback
La topologia del convertitore flyback è un design SMPS (alimentatore switching) adattabile, flessibile, semplice per lo più utilizzato con buone caratteristiche di prestazione che offre un vantaggio a molte applicazioni.
Di seguito sono riportate le caratteristiche prestazionali della topologia del convertitore flyback.
Topologia flyback
Le forme d'onda sopra mostrano le transizioni improvvise e le correnti di inversione dell'avvolgimento primario e secondario del trasformatore flyback. La tensione di uscita sarà regolata regolando le azioni on / off del duty cycle dell'avvolgimento primario. Possiamo isolare l'ingresso e l'uscita utilizzando il feedback o utilizzando un avvolgimento aggiuntivo sul trasformatore
Topologia flyback SMPS
Di seguito sono riportati i diagrammi SMPS della topologia flyback.
Il design SMPS con topologia flyback richiede meno no. Di componenti per un determinato intervallo di potenza rispetto ad altre topologie SMPS. Può funzionare per una data sorgente CA o CC. Se l'ingresso è preso dalla sorgente CA, la tensione di uscita sarebbe completamente rettificata. Qui MOSFET viene utilizzato come SMPS.
Il funzionamento della topologia flyback SMPS è completamente basato sulla posizione dell'interruttore, ovvero MOSFET.
Topologia flyback SMPS
Può funzionare in modalità continua o interrotta in base alla posizione dell'interruttore o del FET. Nel modello fuori produzione, la corrente nell'avvolgimento secondario diventa zero prima che l'interruttore venga acceso. Nella modalità continua, la corrente nel secondario non diventa zero.
Quando l'interruttore è spento, l'energia immagazzinata nell'induttanza di dispersione del trasformatore fluisce attraverso l'avvolgimento primario e viene assorbita dal circuito di pinza di ingresso o dal circuito smorzatore. Il ruolo del circuito snubber è proteggere l'interruttore da alte tensioni induttive. Ci sarà dissipazione di potenza durante le transizioni ON e OFF dell'interruttore.
Progettazione del trasformatore flyback SMPS
Il design del trasformatore flyback SMPS è più popolare dei normali modelli di alimentatori a causa del suo basso costo, efficienza e design semplice. Isola l'avvolgimento primario e secondario del trasformatore per determinati ingressi multipli e fornisce più tensioni di uscita, che possono essere positive o negative.
Di seguito è illustrato il design di base del trasformatore flyback SMPS quando l'interruttore è acceso e spento. Viene anche utilizzato come convertitore di potenza isolato. Il trasformatore flyback utilizzato nel progetto contiene avvolgimento primario e secondario, separati elettricamente per evitare accoppiamenti transitori, loop di terra e fornisce flessibilità.
L'interruttore del trasformatore è su ON
L'uso del design del trasformatore flyback SMPS ha un vantaggio rispetto al design del trasformatore convenzionale. Qui la corrente non scorre attraverso l'avvolgimento primario e secondario allo stesso tempo perché la fase dell'avvolgimento viene invertita come mostrato nella figura sopra.
L'interruttore del trasformatore è spento
Memorizza l'energia sotto forma di campo magnetico nell'avvolgimento primario per un certo periodo di tempo e la trasferisce all'avvolgimento primario. La massima tensione di carico in uscita, gli intervalli operativi, gli intervalli di tensione in ingresso e in uscita, la capacità di erogazione di potenza e le caratteristiche dei cicli flyback sono i parametri importanti nella progettazione del trasformatore flyback SMPS.
Applicazioni
Il applicazioni convertitori flyback siamo,
- Utilizzato in televisori e PC con bassa potenza fino a 250 W.
- Utilizzato negli alimentatori Stand by nei PC elettronici (modalità interruttore a bassa potenza)
- Utilizzato nei telefoni cellulari e nei caricatori di cellulari
- Utilizzato in alimentazioni ad alta tensione come televisione, CRT, laser, torce elettriche e dispositivi di copia, ecc.
- Utilizzato in più alimentatori input-output
- Utilizzato in circuiti di pilotaggio di gate isolati.
Quindi, questo è tutto una panoramica del convertitore flyback - progettazione, principio di funzionamento, funzionamento, topologia, progettazione del trasformatore flyback SMPS, topologia, progettazione della topologia SMPS e applicazioni. Ecco una domanda per te: 'Quali sono i vantaggi del convertitore flyback? '
