het flyback-ontwerp is een switched-mode power supply (SMPS) die al meer dan 70 jaar wordt gebruikt en nog steeds sterk is. Deze voeding—ook wel een stroomomvormer genoemd-heeft twee verschillende werkingsfasen, waarbij het vermogen van de ingangszijde alleen wordt overgedragen aan de uitgangszijde wanneer de primaire schakelaar uitgeschakeld is en de stroomstroom nul of dicht bij nul is. De kern van de flyback ontwerp heeft een vrij korte en goedkope bill of materials (BOM): ingangscondensator, primaire-zijde MOSFET schakelaar, uitgang (secundaire)-zijde gelijkrichter diode, en een uitgang condensator. Daarnaast is er de flyback transformator zelf (natuurlijk, zoals bij elk ontwerp, het uiteindelijke schema is ingewikkelder).het flyback ontwerp werd ontwikkeld in de jaren 1930 en 1940, en zeer verfijnd in de jaren 1950 met de introductie van commerciële televisie. In sommige opzichten, het gaat vooraf aan ons moderne concept van de niet-lineaire schakeling voeding (zie “een halve eeuw geleden, betere Transistors en Switching Regulators Revolutionized the Design of Computer Power Supplies” in IEEE Spectrum).
In zijn eerdere rollen leverde de flyback-converter de hoge spanningen die nodig waren voor de CRT en de andere vacuümbuizen, die de “actieve” elektronica waren vóór transistors en ICs. Als gevolg van deze enorme markt werd het ontworpen en geoptimaliseerd voor lage kosten, hoge betrouwbaarheid, veiligheid en maakbaarheid. Het flyback-ontwerp en de kenmerken zijn zeer geschikt voor toepassingen met een laag tot gemiddeld vermogen tussen 100 en 250 W.
Flybackconverter Basics
In tegenstelling tot een niet-flyback-ontwerp waarbij de transformator alleen wordt gebruikt voor spanningstrap-up of step-down, wordt de flyback-transformator ook gebruikt als inductor, een magnetisch energieopslagsysteem. Deze transformator heeft extra wikkelingen (van cruciaal belang voor de flyback-operatie) naast het feit dat het een basische twee-wikkelende (primaire/secundaire) transformator is. De draaiverhouding van de transformator heeft twee rollen: het stelt de verhouding van het output versus inputvoltage in, en het verstrekt galvanische (ohmic) isolatie. Door extra wikkelingen te gebruiken, kan het flyback-ontwerp tegelijkertijd meerdere uitgangen bieden.
in de basis-flybackcyclus verhoogt het sluiten van de primaire-zijschakelaar de primaire stroom en de magnetische flux in de transformator/inductor, aangezien het primaire-zijcircuit door de bron wordt gevoed (Fig. 1). De spanning in de secundaire wikkeling is negatief vanwege de relatieve relatie tussen primaire en secundaire wikkelingen. Daarom is de diode reverse-biased en blokkeert de stroomstroom en de condensator aan de secundaire zijde levert de stroom aan de belasting tijdens de bedrijfsfase.
1. In de eerste cyclus van flyback-converter werking, de primaire-zijschakelaar is gesloten, waardoor de primaire stroom en transformator/inductor magnetische flux. (Bron: Wikipedia)
de schakelaar wordt geopend in de volgende fase van de cyclus (Fig. 2), dus de primaire zijstroom gaat naar nul en de magnetische flux instort. Nu gaat de secundaire zijde spanning positief, de diode is vooruitgeschoven en stroom stroomt van de secundaire zijde van de transformator naar de condensator, waardoor de condensator wordt aangevuld.
2. In de tweede cyclus van flyback-converter werking wordt de primaire-zijschakelaar geopend en stroom stroomt van de secundaire zijde van de transformator naar de condensator. (Bron: Wikipedia)
in een flyback ontwerp, is de uitgangscondensator vergelijkbaar met een emmer die ofwel wordt gevuld (opgeladen) of geleegd (het leveren van de lading), maar het ondergaat nooit beide op hetzelfde moment. De resulterende outputrimpeling moet door de condensator worden gefilterd, die nooit wordt toegestaan om beneden aan nul last af te voeren. De “flyback” naam is te wijten aan de plotselinge stop / stop, aan/uit actie van de MOSFET schakelaar, met een golfvorm die eruit ziet als een plotselinge omkering van de stroom (Fig. 3).
3. De elementaire golfvorm van de flyback-topologie toont de plotselinge omkering en overgangen voor primaire en secundaire stromen. (Bron: Wikipedia)
regulering van de output wordt bereikt door de AAN/UIT-duty cyclus van de primaire-zijschakelaar aan te passen. Sommige ontwerpen passen ook de frequentie van de schakelactie aan (sneller schakelen resulteert in een betere tracking van de uitgang naar de gewenste uitgangswaarde. Deze terugkoppeling met de vereiste ingangs-uitgang isolatie wordt geleverd via een speciale wikkeling op de transformator (de traditionele en historische aanpak) (Fig. 4a) of via een optocoupler (Fig. 4b).
4. Het traditionele flyback-ontwerp maakt gebruik van een transformator/inductor met ten minste twee primaire wikkelingen en een secundaire wikkeling (a). Sommige flyback ontwerpen maken gebruik van een optocoupler om de geïsoleerde feedback gelijk aan de tweede primaire zijde wikkeling. (Bron: Analoge apparaten en Texas-instrumenten)
bedrijfsmodi
Flybacks (en andere vele andere convertertypes) kunnen worden ontworpen om te werken in een van de twee modi. In discontinue geleidingsmodus (DCM) mag de transformator tijdens elke schakelcyclus volledig demagnetiseren. Meestal wordt dit gedaan met een vaste schakelfrequentie en modulatie van de piekstroom om aan de belastingvereisten te voldoen. In continuous conduction mode (ccm) stroomt de stroom altijd in de transformator tijdens elke schakelcyclus. Daarom is er altijd wat restenergie aanwezig in de transformator, omdat elke schakelcyclus begint voordat de stroom volledig is uitgeput.
met DCM zijn er geen terugwinningsverliezen in de outputgelijkrichter, aangezien de stroom tijdens elke schakelcyclus tot nul daalt. De vereiste inductantiewaarde aan de primaire zijde is laag en heeft slechts een kleinere transformator nodig. Analytisch is het DCM-ontwerp inherent stabieler, omdat er geen nul is in de rechterhelft van zijn transferfunctie. DCM heeft echter zeer grote rimpelstromen en vereist dus Grotere filters.
daarentegen heeft CCM kleine rimpeling en RMS stromen. Deze lagere stromen verlagen ook de geleiding en uitschakelverliezen, terwijl lagere piekstromen kleinere filtercomponenten mogelijk maken. Maar het nadeel van CCM is dat het een nul heeft in het rechterhelft vlak van de transferfunctie, wat de bandbreedte van de regellus en zijn dynamische respons zal beperken. CCM vereist ook een grotere inductantie en dus een grotere magnetische component.
verbetering van de flyback Converter
zoals bij elk ontwerp van de voeding, kunnen bepaalde variaties en verbeteringen van een goede voeding een zeer goede maken. In DCM is er een dode tijd of resonante “ring” waar noch de diode noch de MOSFET geleid wordt, gecreëerd door interactie tussen de primaire inductantie van de transformator en de parasitaire capaciteit op de schakelknoop. Een quasi-resonant (QR) ontwerp past de piekstroom en schakelfrequentie zo aan dat de MOSFET inschakelt bij de eerste “vallei” van deze resonante beltoon en minimaliseert verliezen.
een andere verbetering is ” valley switching.”De controller detecteert wanneer de dead-time resonant ring op zijn dieptepunt is en zet de MOSFET op dit punt aan om de volgende schakelcyclus te starten, ook om schakelverliezen te verminderen.
moderne IC-controllers minimaliseren veel van de onvermijdelijke uitdagingen van het ontwerpen van een complete flyback-levering terwijl de prestaties worden verbeterd. De LT8304-1 van analoge apparaten is bijvoorbeeld een niet-opto-isolated flyback converter die de uitgangsspanning direct vanaf de primaire flyback-golfvorm (Fig. 5), en vereist daarom geen derde wikkeling of opto-isolator voor regelgeving.
5. Gebaseerd op de LT8304-1, Zet dit ontwerp een 4 – naar 28-V ingang om naar een 1000-V uitgang; de gegarandeerde minimale uitgangsstroom is een functie van de ingangsspanning en bereikt 15 mA met een 28-V ingang. (Bron: Analoge apparaten)
de datasheet vergemakkelijkt de selectie en identificatie van de flyback-transformator door een tabel te verstrekken van gemeenschappelijke input/output-spanning en stroomparen die zijn afgestemd op leveranciersnamen en modellen van standaard beschikbare transformatoren. Het resultaat: het maken van een goed flyback ontwerp is nu een veel eenvoudiger project.
conclusie
bij het selecteren van een topologie van de voeding / omzetter zijn er vele legitieme mogelijkheden om rekening mee te houden, elk met een unieke reeks kenmerken, evenals positieve en negatieve kenmerken. Deze moeten worden afgewogen tegen de systeemprioriteiten en hun technische prestaties en dollarkosten. De flyback aanpak is een levensvatbare mededinger in toepassingen onder enkele honderden watt bij spanningen van enkele cijfers tot kilovolt, en het is vooral aantrekkelijk wanneer meerdere dc-uitgangen en input/output isolatie nodig zijn.
verder lezen:
- De actieve Clamp Flyback Converter: Een Ontwerp Waarvan de Tijd Is Gekomen
- GaN Tech Schijven Off-Line CV/CC Flyback Switcher ICs
- Flyback-Topologie DC-Controller Druppels Nodig voor Optische Isolator
- het Ontwerpen van een Discontinu-Geleiding-Modus Flyback Transformator
- Neem een Flyer op de Flyback voor Uw Hoog-Voltage-Circuit Ontwerp
- Mind The Gap En het Verbeteren van Uw Lage-energie Flyback Transformator Ontwerp
- Half-Bridge Flyback Converters beter presteren dan Conventionele Types
- het Oplossen van Een Flyback-Aanbod Dat Genereert Geluid
- PCB Designer de Intro om de Minder Gebruikte DC-DC Verordening Methoden
- Gebruik Een Flyback Topologie Te Rijden Aangepaste LED-Verlichting
- Flyback Synchrone Gelijkrichter Driver produceert een 10-Een Uitgang
- Flyback Transformator Voor 30 Watt POE Plus Toepassingen
- 900 V Flyback Regulator Past Meter, Draadloze Apps
- 100V Geïsoleerd Monolithische No-Opto Flyback Regulator Levert tot 24W
- Bouw Je Eigen Transformer
Andere Verwijzingen
- Elektrotechniek Stack Exchange, “Hoe werkt een CRT televisie flyback echt werken”
- Autodesk Instructables, “2n3055 Flyback Transformator Stuurprogramma voor 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”
- analoge apparaten, “1000 V Output, no-Opto, Isolated Flyback Converter”
- Maxim Integrated, Application Note 1166, “Flyback Transformer Design for MAX1856 SLIC Power Supplies”