flyback suunnittelu on kytketty-tilassa virtalähde (SMPS), joka on käytetty 70+ vuotta ja edelleen vahva. Tässä syöttö-jota kutsutaan myös tehomuuntimeksi-on kaksi erillistä toimintavaihetta, joissa virta tulopuolelta siirretään ulostulopuolelle vain, kun ensiöpuolen kytkin on pois päältä ja sen virtavirta on nolla tai lähellä sitä. Flyback-mallin ytimessä on melko lyhyt ja edullinen materiaalilasku (BOM): tulokondensaattori, ensisijainen puoli MOSFET kytkin, lähtö (toissijainen) puolella tasasuuntaaja diodi, ja lähtökondensaattori. Lisäksi on flyback muuntaja itse (tietenkin, kuten kaikki suunnittelu, lopullinen kaavamainen on monimutkaisempi).
flyback-malli kehitettiin 1930-ja 1940-luvuilla ja pitkälle hiottiin 1950-luvulla kaupallisen television käyttöönoton myötä. Jollain tavalla se edeltää nykyaikaista käsitystämme epälineaarisesta kytkentätoimituksesta (KS. ”puoli vuosisataa sitten paremmat transistorit ja Kytkentäsäätimet mullistivat tietokoneen virtalähteiden suunnittelun” IEEE: n taajuuksissa).
aiemmissa rooleissaan flyback-muunnin tarjosi CRT: lle ja muille tyhjiöputkille tarvittavat suuret jännitteet, jotka olivat ”aktiivista” elektroniikkaa ennen transistoreja ja ICs: iä. Tämän valtavan markkinan ansiosta se suunniteltiin ja optimoitiin edulliseksi, luotettavaksi, turvalliseksi ja valmistettavaksi. Flyback-rakenne ja ominaisuudet sopivat hyvin matalan ja keskitason tehoalueen sovelluksiin välillä 100-250 W.
Flyback-muuntajan perusteet
toisin kuin ei-flyback-mallissa, jossa muuntajaa käytetään vain jännitteen step-up tai step-down, flyback-muuntajaa käytetään myös induktorina, magneettisena energian varastointilaitteena. Tämä muuntaja on ylimääräisiä käämit (kriittinen flyback toiminta) lisäksi on perus kaksi käämitys (ensisijainen/toissijainen) muuntaja. Muuntajan kääntösuhde palvelee kahta roolia: se asettaa lähtö – ja tulojännitteen suhteen, ja se tarjoaa galvaanisen (ohmisen) eristyksen. Käyttämällä ylimääräisiä käämit, flyback suunnittelu voi samanaikaisesti tarjota useita lähtöjä.
peruslentosyklissä primääripuolen Kytkimen sulkeminen lisää muuntajan / induktorin primäärivirtaa ja magneettivuota, koska primääripuolen piiri on lähteen (Fig. 1). Toisionpuoleisen käämin jännite on negatiivinen johtuen ensiö-ja toisiokäämien suhteellisesta suhteesta. Siksi diodi on käänteinen ja estää virran virtauksen ja toissijaisen puolen kondensaattori toimittaa virran kuormitukselle käyttövaiheen aikana.
1. Flyback-muunnin-toiminnan ensimmäisessä syklissä ensisijainen sivukytkin on suljettu, mikä lisää primaarivirtaa ja muuntaja/Kelan magneettivuota. (Lähde: Wikipedia)
kytkin avataan syklin seuraavassa vaiheessa (kuva. 2), joten primääripuolen virta menee nollaan ja magneettivuo romahtaa. Nyt toisen puolen jännite menee positiiviseksi, diodi on eteenpäin suuntautuva, ja virta virtaa muuntajan toissijaiselta puolelta kondensaattoriin, mikä täydentää kondensaattoria.
2. Flyback-converter-toiminnan toisessa syklissä ensisijainen sivukytkin avataan ja virta virtaa muuntajan toisiopuolelta kondensaattoriin. (Lähde: Wikipedia)
flyback-mallissa lähtökondensaattori on samanlainen kuin kauha, joka joko täytetään (Ladataan) tai tyhjennetään (kuormaa syötetään), mutta se ei koskaan käy läpi molempia yhtä aikaa. Tuloksena lähtö aaltoilu on suodatettava kondensaattori, joka ei koskaan saa valua alas nolla varaus. ”Flyback” – nimi johtuu MOSFET-Kytkimen äkillisestä stop/stop, on/off-toiminnasta, jonka aaltomuoto näyttää virran äkilliseltä kääntymiseltä (Kuva. 3).
3. Flyback-topologian perusaaltomuoto osoittaa äkillisen kääntymisen ja siirtymät ensisijaisille ja toissijaisille sivuvirtauksille. (Lähde: Wikipedia)
ulostulon säätely saadaan aikaan säätämällä ensiöpuolen kytkimen päälle / pois-käyttöjaksoa. Jotkut mallit myös säätää taajuuden kytkentätoiminnon (nopeampi kytkentä johtaa tiiviimpään seuranta tuotoksen haluttuun lähtöarvoon. Tämä takaisinkytkentä, jossa on vaadittu tulo-ulostulo-eristys, annetaan joko muuntajan erityisellä käämityksellä (perinteinen ja historiallinen lähestymistapa) (Kuva. 4a)tai optouperin kautta (kuva. 4b).
4. Perinteisessä flyback-mallissa käytetään muuntajaa / kelaa, jossa on vähintään kaksi ensisijaista käämiä ja yksi toisiokäämi (a). Joissakin flyback-malleissa käytetään optoupleria, joka antaa eristetyn takaisinkytkennän, joka vastaa toista ensiöpuolen käämitystä. (Lähde: Analogiset laitteet ja Texas Instruments)
toimintatilat
Flybacks (ja muut monet muut muuntimet) voidaan suunnitella toimimaan jommassakummassa kahdesta moodista. Epäjatkuvassa johtumistilassa (DCM) muuntajan annetaan demagnetisoitua täysin jokaisen kytkentäsyklin aikana. Yleensä tämä tehdään kiinteällä kytkentätaajuudella ja huippuvirran moduloinnilla kuormitusvaatimusten täyttämiseksi. Jatkuvassa johtumistilassa (CCM) virta kulkee aina muuntajassa jokaisen kytkentäsyklin aikana. Siksi muuntajassa on aina jonkin verran jäännösenergiaa, koska jokainen kytkentäsykli alkaa ennen kuin virta on täysin tyhjentynyt.
DCM: llä lähtösuuntaajassa ei ole käänteishäviöitä, koska sen virta laskee nollaan jokaisen kytkentäsyklin aikana. Vaadittu primääripuolen induktanssiarvo on pieni ja tarvitsee vain pienemmän muuntajan. Analyyttisesti DCM: n rakenne on luonnostaan vakaampi, koska sen siirtofunktion oikeanpuoleisessa tasossa Nollaa ei ole. DCM: ssä on kuitenkin hyvin suuret aaltovirrat, joten se vaatii suurempia suodattimia.
sen sijaan CCM: llä on pieniä aaltoilu-ja RMS-virtauksia. Nämä pienemmät virrat myös alentavat johtumis-ja sammutushäviöitä, kun taas pienemmät huippuvirrat mahdollistavat pienemmät suodatinkomponentit. CCM: n haittana on kuitenkin se, että sillä on siirtofunktion oikeassa puolitasossa nolla, joka rajoittaa säätösilmukan kaistanleveyttä ja sen dynaamista vastetta. CCM vaatii myös suuremman induktanssin ja siten suuremman magneettisen komponentin.
Flyback-Muuntimen parantaminen
kuten minkä tahansa virransyötön suunnittelussa, tietyt muunnelmat ja parannukset voivat muuttaa hyvän tarjonnan erittäin hyväksi. DCM: ssä on kuollut aika eli resonantti ”rengas”, jossa ei diodi eikä MOSFET johda, joka on luotu muuntajan ensisijaisen induktanssin ja kytkinsolmun loiskapasitanssin välisellä vuorovaikutuksella. Quasi-resonant (QR) suunnittelu säätää huippuvirran ja Kytkentätaajuus niin, että MOSFET käynnistyy ensimmäisessä ”laaksossa” tämän resonant soi ja minimoi tappiot.
toinen parannuskeino on ”valley switching.”Ohjain havaitsee, kun dead-time resonant rengas on sen alhainen kohta ja kytkee MOSFET päällä tässä vaiheessa aloittaa seuraavan kytkentä sykli, myös vähentää kytkentähäviöitä.
nykyaikaiset IC-ohjaimet minimoivat monia väistämättömiä haasteita täydellisen flyback-tarjonnan suunnittelussa ja parantavat samalla suorituskykyä. Esimerkiksi analogisten laitteiden LT8304-1 on optoisolated flyback muunnin, joka näytteet lähtöjännite suoraan ensisijainen puolella flyback aaltomuoto (Fig. 5), ja siksi ei vaadi kolmas käämitys tai optoisolator sääntelyyn.
5. LT8304-1: n perusteella tämä rakenne muuntaa 4 – 28-V: n tulon 1000-V: n ulostuloksi; taattu vähimmäislähtövirta on tulojännitteen funktio ja saavuttaa 15 mA 28-V: n tulolla. (Lähde: Analog Devices)
datalehti helpottaa flyback-muuntajan valintaa ja tunnistamista tarjoamalla taulukon yhteisistä tulo – / lähtöjännitteistä ja virtapareista, jotka on sovitettu standardimuuntajien nimiin ja malleihin. Lopputulos: hyvän flyback-mallin luominen on nyt paljon helpompi projekti.
johtopäätös
virransyöttö- / muuntajatopologiaa valittaessa on monia perusteltuja mahdollisuuksia ottaa huomioon, joista jokaisella on omat erityispiirteensä sekä positiiviset ja negatiiviset ominaisuutensa. Niitä on punnittava suhteessa järjestelmän prioriteetteihin ja niiden tekniseen suorituskykyyn ja dollarikustannuksiin. Flyback lähestymistapa on varteenotettava haastaja sovelluksissa alle useita satoja watteja jännitteillä yksittäisistä numeroista kilovoltit, ja se on erityisen houkutteleva, kun useita dc-lähdöt ja tulo/lähtö eristäminen tarvitaan.
lisätietoja:
- Aktiivinen Clamp Flyback-muunnin: A Design Whose Time Has Come
- gan Tech Drives Off-Line CV/CC Flyback Switcher ICs
- Flyback-topologia DC Controller Drops Need for Optical Isolator
- designing a epäjatkuva-johtuminen-Mode Flyback Transformer
- ota Flyback-Flyback-muuntajaan lentäjä Suurjännitepiirisuunnittelua varten
- Mind The Gap ja paranna pienitehoista Flyback-muuntajaa
- Half-Bridge Flyback-muuntajaa Outperform tavanomaiset tyypit
- vianmääritys Flyback-tarjonnassa, joka tuottaa kuultavaa kohinaa
- PCB-suunnittelijan intro vähemmän käytettyihin DC-DC-Säätömenetelmiin
- käytä Flyback-topologiaa muokatun LED-valaistuksen ajamiseen
- Flyback-synkroninen tasasuuntaaja-ohjain tuottaa 10-A-ulostulon
- Flyback-muuntaja 30 watin POE Plus-sovelluksille
- 900 V Flyback-säädin sopii mittariin, langattomat sovellukset
- 100 V eristetty monoliittinen No-Opto Flyback-säädin tuottaa jopa 24W
- Rakenna oma muuntaja
muut viitteet
- sähkötekniikan Stack Exchange, ”how does a CRT Television flyback really operate”
- Autodesk Instructables, ”2n3055 Flyback Transformer Driver for Beginners ”
- Robert Gawron,”High voltage supply (10-30KV) made from CRT television flyback transformer ”
- Electronic Repair Guide, ” What Is Flyback Transformer?
- Texas Instruments,”Understanding the Basics of a Flyback Converter”
- Analog Devices, ”1000 V lähtö, no-Opto, Isolated Flyback Converter”
- Maxim Integrated, Application Note 1166, ”Flyback Transformer Design for MAX1856 SLIC Power Supplies”