flyback design je switched-mode power supply (SMPS), který byl použit pro 70+ let a stále je silný. Této nabídky také nazýván power converter—má dvě odlišné fáze provozu, s výkonem od vstupní straně převedena na výstupní straně pouze tehdy, když primární straně přepínač je vypnutý a jeho proud je nulový, nebo se mu blíží. Jádro konstrukce flyback má poměrně krátký a levný kusovník (BOM): vstupní kondenzátor, primární MOSFET spínač, výstupní (sekundární) usměrňovací dioda a výstupní kondenzátor. Kromě toho je zde samotný transformátor flyback (samozřejmě, jako u každého návrhu, konečné schéma je složitější).
flyback design byl vyvinut 1930 a 1940s, a vysoce rafinovaný v 1950s se zavedením komerční televize. V některých ohledech, to předchází naše moderní koncept nelineární přepínání napájení (viz „Půl Stoletím, Lepší Tranzistory a Spínací Regulátory Revoluci Design Počítačové Napájecí zdroje“ v IEEE Spectrum).
Ve svých dřívějších rolí, flyback converter za předpokladu vysoké napětí potřebné pro CRT a další vakuové trubice, které byly „aktivní“ elektroniky před tranzistory a ICs. V důsledku tohoto obrovského trhu byl navržen a optimalizován pro nízké náklady, vysokou spolehlivost, bezpečnost a zpracovatelnost. Na flyback design a vlastnosti jsou dobře-vhodný pro nižší a střední rozsah výkonu aplikací mezi 100 až 250 W.
Flyback Converter Základy
na Rozdíl od non-flyback design, kde transformátor se používá pouze pro napětí step-up nebo step-down, flyback transformátor se používá také jako induktor, magnetické energie-storage zařízení. Tento transformátor má přídavná vinutí (kritická pro zpětný chod), kromě toho, že je základním dvouvinutým (primárním/sekundárním) transformátorem. Poměr otáček transformátoru slouží dvěma rolím: nastavuje poměr výstupu a vstupního napětí a zajišťuje galvanickou (ohmickou) izolaci. Použitím přídavných vinutí může konstrukce flyback současně poskytovat více výstupů.
V základním flyback cyklu, uzavření na primární straně přepínač zvyšuje primárního proudu a magnetického toku v transformátoru/cívka jako primární-boční obvod je napájen zdrojem (Obr. 1). Napětí v sekundárním vinutí je záporné kvůli relativnímu vztahu mezi primárním a sekundárním vinutím. Proto je dioda zpětně zkreslená a blokuje tok proudu a sekundární kondenzátor dodává proud do zátěže během provozní fáze.
1. V prvním cyklu provozu zpětného měniče je spínač primární strany uzavřen, čímž se zvyšuje primární proud a magnetický tok transformátoru/induktoru. (Zdroj: Wikipedia)
spínač se otevře v další fázi cyklu (obr. 2), takže primární proud jde na nulu a magnetický tok se zhroutí. Nyní je sekundární napětí kladné, dioda je dopředu zkreslená a proud proudí ze sekundární strany transformátoru do kondenzátoru, čímž doplňuje kondenzátor.
2. Ve druhém cyklu provozu zpětného měniče se otevře spínač primární strany a proud proudí ze sekundární strany transformátoru do kondenzátoru. (Zdroj: Wikipedia)
v provedení flyback je výstupní kondenzátor podobný kbelíku, který je buď naplněn (dobíjen) nebo vyprázdněn (dodává zátěž), ale nikdy nepodléhá oběma současně. Výsledné vlnění výstupu musí být filtrováno kondenzátorem, který nikdy nesmí odtékat na nulový náboj. „Flyback“ název je vzhledem k náhlé zastavení/zastavení, zapnutí/vypnutí akci na MOSFET spínače, s křivky, která vypadá jako náhlé obrácení proudu (Obr. 3).
3. Základní vlnová forma topologie flyback ukazuje náhlý obrat a přechody pro primární a sekundární proudy. (Zdroj: Wikipedia)
regulace výstupu je dosažena nastavením pracovního cyklu zapnutí / vypnutí spínače primární strany. Některé návrhy také nastavit frekvenci přepínání akce (rychlejší přepínání výsledky v bližším sledování výstupu na požadovanou výstupní hodnotu. Tato zpětná vazba s požadovanou izolací vstup-výstup je poskytována buď pomocí speciálního vinutí na transformátoru (tradiční a historický přístup) (obr. 4a) nebo pomocí optočlenu (obr. 4b).
4. Tradiční konstrukce flyback používá transformátor/induktor s nejméně dvěma primárními vinutími a jedním sekundárním vinutím (a). Některé návrhy flyback používají optočlen k poskytnutí izolované zpětné vazby ekvivalentní druhému vinutí na primární straně. (Zdroj:
provozní režimy
Flybacks (a další mnoho dalších typů převodníků) mohou být navrženy tak, aby fungovaly v jednom ze dvou režimů. V režimu diskontinuálního vedení (DCM) je transformátor během každého spínacího cyklu zcela demagnetizován. Obvykle se to provádí s pevnou spínací frekvencí a modulací špičkového proudu, aby byly splněny požadavky na zatížení. V režimu kontinuálního vedení (CCM) proud vždy proudí v transformátoru během každého spínacího cyklu. Proto některé zbytkové energie je vždy přítomen v transformátoru, protože každý spínací cyklus začíná před aktuální je zcela vyčerpány.
u DCM nedochází ke ztrátám zpětného zotavení výstupního usměrňovače, protože jeho proud klesá na nulu během každého spínacího cyklu. Požadovaná hodnota indukčnosti na primární straně je nízká a potřebuje pouze menší transformátor. Analyticky je návrh DCM ze své podstaty stabilnější, protože v pravé polovině roviny není nula jeho přenosové funkce. DCM má však velmi velké zvlněné proudy, a proto vyžaduje větší filtry.
naproti tomu CCM má malé zvlnění a RMS proudy. Tyto nižší proudy také snižují vodivé a vypínací ztráty, zatímco nižší špičkové proudy umožňují menší součásti filtru. Nevýhodou CCM je však to, že má nulu v pravé polovině roviny přenosové funkce, což omezí šířku pásma řídicí smyčky a její dynamickou odezvu. CCM také vyžaduje větší indukčnost a tím větší magnetickou složku.
zlepšení Flyback Converter
stejně jako u každého návrhu napájení, některé varianty a vylepšení může proměnit dobrý zdroj do velmi dobré. V DCM je mrtvý čas nebo rezonanční „kroužek“, kde ani dioda ani MOSFET je vedení, vytvořené interakcí mezi primární indukčnost transformátoru a parazitní kapacita na přepínač uzel. Kvazi-rezonanční (QR) návrh upravuje špičkový proud a spínací frekvence tak, že MOSFET zapne na první „údolí“ z této rezonanční zvoní a minimalizuje ztráty.
dalším vylepšením je “ přepínání údolí.“Regulátor detekuje, když je mrtvá doba rezonanční kroužek je na jeho nízký bod a otočí MOSFET na v tomto bodě začít další spínací cyklus, také snížit spínací ztráty.
Moderní IC řadiče minimalizovat mnoho nevyhnutelné výzvy navrhování kompletní flyback dodávek energie a zároveň zvýšení výkonu. Například LT8304-1 analogových zařízení je neoptoizolovaný flyback převodník, který vzorkuje výstupní napětí přímo z primárního vlnového tvaru zpětného toku (obr. 5), a proto nevyžaduje pro regulaci třetí vinutí nebo optoizolátor.
5. Na základě LT8304-1, tato konstrukce převádí 4 – 28-V, vstup 1000 V výstup; zaručená minimální výstupní proud je funkcí vstupního napětí a dosáhne 15 mA při 28 V vstup. (Zdroj:
datový list usnadňuje výběr a identifikaci transformátoru flyback tím, že poskytuje tabulku společných vstupních / výstupních napětí a proudových párů přizpůsobených jménům dodavatelů a modelům standardních dostupných transformátorů. Výsledek: vytvoření dobrého designu zpětného letu je nyní mnohem jednodušší projekt.
Závěr
Při výběru napájení/převodník topologii, existuje mnoho legitimních možností, aby zvážila, každý s unikátní sadu funkcí, stejně jako pozitivní a negativní vlastnosti. Ty musí být zváženy podle priorit systému a jejich technického výkonu a dolarových nákladů. Přístup flyback je životaschopným uchazečem v aplikacích pod několika stovkami wattů při napětí od jednociferných po kilovolty a je obzvláště atraktivní, když je vyžadováno více stejnosměrných výstupů a izolace vstupu/výstupu.
Další čtení:
- aktivní Svorka Flyback Converter: Design, Jejíž Čas nadešel
- GaN-Tech Disky, Off-Line CV/CC Flyback Switcher ICs
- Flyback-Topologie DC Regulátor Kapky Potřebují pro Optický Izolátor
- Projektování Diskontinuální-Vedení-Režim Flyback Transformátor
- Leták na Flyback pro Vaše High-Napětí Obvodu Design
- pozor Na Mezeru A Zlepšit Své Low-Power Flyback Transformer Design
- Half-Bridge Blokující Měniče Překonávají Konvenční Typy
- Řešení Flyback zdroj, Který Generuje Akustický Hluk
- PCB Designer Úvod do Menší-Používá DC-DC Nařízení Metod
- Použití Flyback Topologie Řídit Vlastní LED Osvětlení
- Flyback Synchronní Usměrňovač Ovladač Poskytuje 10-Výstup
- Flyback Transformátor 30 W POE Plus Aplikace
- 900 V Flyback Regulátor Vyhovuje Metrů, Bezdrátové Aplikace
- 100V Izolované Monolitické Ne-Opto Flyback Regulátor Poskytuje až 24W
- Sestavte si Svůj Vlastní Transformátor
Další Odkazy
- Elektrotechnika Stack Exchange, „Jak se CRT televize flyback opravdu fungovat“
- Autodesk Instructables, „2n3055 Flyback Transformátor Ovladač pro Začátečníky“
- Robert Gavron, „Vysoké napětí napájení (10-30kV) z CRT televize flyback transformátor“
- Elektronické Opravy Průvodce, „to, Co Je Flyback Transformátor?
- Texas Instruments, „Porozumění Základy Flyback Converter“
- Analogové Zařízení, „1000 V Výstup, Ne-Opto-Izolované Flyback Converter“
- Maxim Integrated, Aplikační Poznámka 1166, „Flyback Transformer Design pro MAX1856 SLIC Napájecí zdroje“