El convertidor flyback està dissenyat com la font d'alimentació del mode de commutació dels darrers 70 anys per realitzar qualsevol tipus de conversió, com ara CA a CC i CC a CC. El disseny de flyback va donar l'avantatge de desenvolupar la televisió per a la comunicació entre els primers anys 1930-1940. Utilitza un concepte de subministrament de commutació no lineal. El transformador flyback emmagatzema energia magnètica i actua com a inductor en comparació amb un disseny no flyback. Aquest article tracta sobre el funcionament del convertidor flyback i la seva topologia.
Què és un convertidor Flyback?
Els convertidors Flyback es defineixen com convertidors de potència, que converteixen CA a CC amb aïllament galvànic entre les entrades i les sortides. Emmagatzema l'energia quan el corrent circula pel circuit i allibera l'energia quan es retira l'energia. Utilitzava un inductor acoblat mútuament i actua com un convertidor de commutació aïllat per a transformadors de tensió reduïts o reduïts.
Pot controlar i regular les múltiples tensions de sortida amb una àmplia gamma de tensions d’entrada. El components Necessaris per dissenyar un convertidor flyback són uns quants en comparació amb altres circuits de font d'alimentació en mode de commutació. La paraula flyback es coneix com l’acció d’encès / apagat del commutador utilitzat en el disseny.
Disseny del convertidor Flyback
El disseny del convertidor flyback és molt senzill i conté components elèctrics com un transformador flyback, un interruptor, un rectificador, un filtre i un dispositiu de control per accionar l'interruptor i aconseguir una regulació.
L'interruptor s'utilitza per activar i desactivar el circuit primari, que pot magnetitzar o desmagnetitzar el transformador. El senyal PWM del controlador controla el funcionament del commutador. En la majoria dels dissenys de transformadors flyback, s'utilitza FET o MOSFET o un transistor bàsic com a commutador.
Disseny del convertidor Flyback
El rectificador rectifica la tensió del bobinatge secundari per obtenir una sortida de corrent continu i desconnecta la càrrega del bobinat secundari del transformador. El condensador filtra el voltatge de sortida del rectificador i augmenta el nivell de sortida de CC segons l’aplicació desitjada.
El transformador flyback s’utilitza com a inductor per emmagatzemar l’energia magnètica. Està dissenyat com un inductor de dos acoblaments, que actua com el bobinatge primari i secundari. Funciona a altes freqüències de gairebé 50 KHz.
Càlculs de disseny
Cal tenir en compte el càlculs del disseny del convertidor flyback de la relació de girs, del cicle de treball i dels corrents dels bobinats primaris i secundaris. Com que la relació de girs pot afectar el corrent que circula pel bobinatge primari i secundari i també el cicle de treball. Quan la relació de gir és alta, el cicle de treball també es fa alt i el corrent que passa pel bobinatge primari i secundari disminueix.
Com que el transformador utilitzat al circuit és un tipus personalitzat, no és possible obtenir un transformador perfecte amb una relació de girs en aquests dies. Per tant, si escolliu el transformador amb les potències desitjades i més a prop de les potències requerides, podríeu compensar la diferència de tensió i sortida.
Els altres paràmetres com el material bàsic, l’efecte de la bretxa d’aire i la polarització haurien de ser considerats pels enginyers.
A continuació es descriuen els càlculs del disseny del convertidor flyback tenint en compte la posició del commutador.
Quan l'interruptor estigui activat
Vin - VL - Vs = 0
En estat ideal, Vs = 0 (caiguda de tensió)
Llavors Vin - VL = 0
VL = Lp di / dt
di = (VL / Lp) x dt
Des de VL = Vin
di = (Vin / Lp) x dt
Aplicant la integració per ambdues parts obtenim,
El corrent al bobinatge primari és
Ipri = (Vin. / Lp) Ton
L’energia total emmagatzemada al bobinatge primari és,
Epri = ½ Ipri2X Lp
On Vin = tensió d’entrada
Lp = inductància del bobinatge primari o inductància primària.
Tona = període en què l'interruptor està activat
Quan l'interruptor està DESACTIVAT
VL (secundari) - VD - Volta = 0
La caiguda de tensió del díode serà nul·la en un estat ideal
VL (secundari): Vout = 0
VL (secundari) = Vout
VL = Ls di / dt
di = (VL secundari / Ls) / dt
Des de VL secundari = Vout
Per tant,
di = Vout / Ls) X dt
Aplicant la integració, aconseguim
Isec = (Vsec / Ls) (T - Ton)
L’energia total transferida s’expressa com
Esec = ½ [(Vsec / Ls). (T - To)]2. Ls
On Vsec = tensió del bobinatge secundari = tensió total de sortida a la càrrega
Ls = inductància del bobinat secundari
T = període de senyal pwm
Ton = activar l’hora
Funcionament del convertidor Flyback / Principi de treball
El funcionament del convertidor flyback es pot entendre a partir del diagrama anterior. El principi de funcionament es basa en el mode d'alimentació en mode de commutació (SMPS).
Quan l’interruptor està en posició ON, no hi ha transferència d’energia entre l’entrada i la càrrega. L’energia total s’emmagatzemarà al bobinatge primari del circuit. Aquí buideu la tensió Vd = 0 i el corrent Ip passa pel bobinatge primari. L’energia s’emmagatzema en forma d’inductància magnètica del transformador i el corrent augmenta amb el temps linealment. Aleshores, el díode es polaritza inversament i no circula corrent cap al bobinatge secundari del transformador i l'energia total s'emmagatzema al condensador utilitzat a la sortida.
Quan l’interruptor està en posició OFF, l’energia es transfereix a la càrrega canviant la polaritat dels bobinats del transformador a causa del camp magnètic i el circuit rectificador comença a rectificar la tensió. L'energia total del nucli es transferirà a la càrrega es rectificarà i el procés es continuaria fins que s'esgoti l'energia del nucli o fins que l'interruptor estigui activat.
Topologia del convertidor Flyback
La topologia del convertidor flyback és adaptable, flexible i senzill, principalment disseny SMPS (alimentació en mode commutador) amb bones característiques de rendiment que proporciona un avantatge a moltes aplicacions.
Les característiques de rendiment de la topologia del convertidor flyback es mostren a continuació.
Topologia Flyback
Les formes d’ona anteriors mostren les transicions sobtades i els corrents d’inversió del bobinatge primari i secundari del transformador flyback. La tensió de sortida es regularà ajustant les accions d’encès / apagat del cicle de treball del bobinatge primari. Podem aïllar l’entrada i la sortida mitjançant la retroalimentació o mitjançant un bobinatge addicional al transformador
Flyback Topology SMPS
A continuació es mostren els diagrames SMPS de topologia flyback.
El disseny SMPS de topologia flyback no requereix menys. De components per a un rang de potència determinat en comparació amb altres topologies SMPS. Pot funcionar per a una font de CA o CC determinada. Si l'entrada es pren de la font de CA, la tensió de sortida es rectificaria completament. Aquí MOSFET s'utilitza com a SMPS.
El funcionament de la topologia SMPS flyback es basa completament en la posició del commutador, és a dir, MOSFET.
Flyback Topology SMPS
Pot funcionar en mode continu o discontinu basat en la posició del commutador o FET. En el model discontinu, el corrent del bobinatge secundari es torna zero abans que l’interruptor s’engegui. En el mode continu, el corrent a la secundària no esdevé zero.
Quan l’interruptor està apagat, l’energia emmagatzemada a la inductància de fuites del transformador flueix a través del bobinatge primari i és absorbida pel circuit de pinça d’entrada o el circuit snubber. El paper del circuit snubber és protegir l’interruptor contra altes tensions inductives. Hi haurà dissipació de potència durant les transicions ON i OFF del commutador.
Disseny del transformador SMPS Flyback
El disseny del transformador SMPS flyback és més popular que els dissenys normals de subministrament elèctric a causa del seu baix cost, eficiència i disseny senzill. Aïlla el bobinatge primari i secundari del transformador per a diverses entrades donades i proporciona diverses tensions de sortida, que poden ser positives o negatives.
A continuació es mostra el disseny bàsic del transformador SMPS flyback quan l’interruptor està activat i apagat. També s’utilitza com a convertidor de potència aïllat. El transformador flyback utilitzat en el disseny conté bobinatge primari i secundari, separat elèctricament per evitar l’acoblament transitori, bucles de terra i proporciona flexibilitat.
L'interruptor del transformador està activat
L’ús del disseny de transformadors SMPS flyback té un avantatge respecte al disseny de transformadors convencionals. Aquí el corrent no circula pel bobinatge primari i secundari al mateix temps perquè la fase del bobinatge s’inverteix tal com es mostra a la figura anterior.
El commutador del transformador està DESACTIVAT
Emmagatzema l'energia en forma de camp magnètic al bobinatge primari durant un cert temps i es transfereix al bobinatge primari. El voltatge màxim de càrrega de sortida, els rangs de funcionament, els rangs de tensió d’entrada i sortida, la capacitat de subministrament de potència i les característiques dels cicles de retrocés són els paràmetres importants del disseny del transformador SMPS de retrocés.
Aplicacions
El aplicacions de conversió flyback són,
- S’utilitza en aparells de televisió i ordinadors amb una potència baixa de fins a 250 W
- S’utilitza en fonts d’alimentació stand by en ordinadors electrònics (mode d’interruptor de baixa potència)
- S’utilitza en telèfons mòbils i carregadors de mòbils
- S’utilitza en subministraments d’alta tensió com televisió, CRT, làsers, llanternes i dispositius de còpia, etc.
- S'utilitza en diverses fonts d'alimentació d'entrada-sortida
- S’utilitza en circuits d’accionament de portes aïllats.
Per tant, tot això es tracta una visió general del convertidor flyback - disseny, principi de funcionament, funcionament, topologia, disseny del transformador SMPS flyback, topologia, disseny de topologia SMPS i aplicacions. Aquí teniu una pregunta: 'Quins avantatges té el convertidor flyback? '
