konstrukcja flyback to zasilacz w trybie przełączanym (SMPS), który jest używany od ponad 70 lat i nadal jest silny. Zasilacz ten-zwany także przetwornicą mocy-ma dwie różne fazy robocze, z mocą od strony wejściowej przenoszoną na stronę wyjściową tylko wtedy, gdy wyłącznik po stronie pierwotnej jest wyłączony, a jego przepływ prądu jest zerowy lub bliski. Rdzeń konstrukcji flyback ma dość krótki i tani wykaz materiałów (BOM): Kondensator wejściowy, przełącznik MOSFET po stronie pierwotnej, Dioda prostownicza po stronie wyjściowej (wtórnej) i kondensator wyjściowy. Do tego jest sam transformator flyback (oczywiście, jak w przypadku każdej konstrukcji, ostateczny schemat jest bardziej skomplikowany).
projekt flyback został opracowany w latach 30.i 40. XX wieku, a wysoce udoskonalony w latach 50. wraz z wprowadzeniem telewizji komercyjnej. W pewnym sensie poprzedza naszą nowoczesną koncepcję nieliniowego zasilacza (patrz „pół wieku temu lepsze Tranzystory i regulatory przełączające zrewolucjonizowały projektowanie zasilaczy komputerowych” w widmie IEEE).
we wcześniejszych rolach konwerter flyback zapewniał wysokie napięcia potrzebne dla CRT i innych lamp próżniowych, które były „aktywną” elektroniką przed tranzystorami i układami scalonymi. W wyniku tego ogromnego rynku został zaprojektowany i zoptymalizowany pod kątem niskich kosztów, wysokiej niezawodności, bezpieczeństwa i możliwości produkcyjnych. Konstrukcja i charakterystyka flyback są dobrze dostosowane do zastosowań o niskim i średnim zakresie mocy od 100 do 250 W.
podstawy konwertera Flyback
w przeciwieństwie do konstrukcji bez flyback, w której transformator jest używany tylko do zwiększania lub zmniejszania napięcia, Flyback transformator jest również używany jako cewka indukcyjna, urządzenie do magazynowania energii magnetycznej. Transformator ten ma dodatkowe uzwojenia (krytyczne dla operacji flyback), poza tym, że jest podstawowym transformatorem dwu-uzwojeniowym (pierwotnym/wtórnym). Stosunek obrotów transformatora pełni dwie role: ustawia stosunek napięcia wyjściowego do wejściowego i zapewnia izolację galwaniczną (omową). Dzięki zastosowaniu dodatkowych uzwojeń konstrukcja flyback może jednocześnie zapewnić wiele wyjść.
w cyklu Basic flyback, zamknięcie przełącznika po stronie pierwotnej zwiększa prąd pierwotny i strumień magnetyczny w transformatorze / cewce indukcyjnej, ponieważ obwód po stronie pierwotnej jest zasilany przez źródło (rys. 1). Napięcie w uzwojeniu wtórno-bocznym jest ujemne ze względu na względną zależność między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym. Dlatego DIODA jest odwrócona i blokuje przepływ prądu, a Kondensator wtórny dostarcza prąd do obciążenia podczas fazy roboczej.
1. W pierwszym cyklu pracy konwertera typu flyback wyłącznik strony pierwotnej jest zamknięty, zwiększając w ten sposób prąd pierwotny i strumień magnetyczny transformatora/induktora. (Źródło: Wikipedia)
przełącznik jest otwierany w następnej fazie cyklu (rys. 2), wiÄ ™ c prÄ … d Po stronie pierwotnej idzie do zera i strumień magnetyczny siÄ ™ zapada. Teraz napięcie po stronie wtórnej idzie dodatnio, DIODA jest przesunięta do przodu, a prąd płynie z wtórnej strony transformatora do kondensatora, uzupełniając w ten sposób Kondensator.
2. W drugim cyklu pracy konwertera typu flyback, przełącznik strony pierwotnej zostaje otwarty i prąd przepływa od strony wtórnej transformatora do kondensatora. (Źródło: Wikipedia)
w konstrukcji flyback kondensator wyjściowy jest podobny do wiadra, które jest albo napełniane (ładowane) lub opróżniane (zasilające ładunek), ale nigdy nie podlega obu jednocześnie. Wynikowe tętnienia wyjściowe muszą być filtrowane przez kondensator, który nigdy nie może spaść do zera. Nazwa „flyback” wynika z nagłego zatrzymania/zatrzymania, włączenia / wyłączenia przełącznika MOSFET, z przebiegiem, który wygląda jak nagłe odwrócenie przepływu prądu (rys. 3).
3. Podstawowy kształt fali topologii flyback pokazuje nagłe odwrócenie i przejścia dla prądów pierwotnych i wtórnych. (Źródło: Wikipedia)
Regulacja wyjścia jest osiągana poprzez regulację cyklu włączania/wyłączania przełącznika głównego. Niektóre konstrukcje dostosowują również częstotliwość akcji przełączania (szybsze przełączanie powoduje bliższe śledzenie wyjścia do żądanej wartości wyjściowej. To sprzężenie zwrotne z wymaganą izolacją wejścia-wyjścia jest dostarczane za pośrednictwem specjalnego uzwojenia na transformatorze (podejście tradycyjne i historyczne) (rys. 4a) lub przez transoptor (rys. 4B).
4. Tradycyjna konstrukcja flyback wykorzystuje transformator / cewkę indukcyjną z co najmniej dwoma uzwojeniami pierwotnymi i jednym uzwojeniem wtórnym (a). Niektóre konstrukcje typu flyback wykorzystują transoptor, aby zapewnić izolowane sprzężenie zwrotne równoważne drugiemu uzwojeniu po stronie pierwotnej. (Źródła: Analog Devices i Texas Instruments)
tryby Pracy
Flybacks (i wiele innych typów konwerterów) mogą być zaprojektowane do pracy w jednym z dwóch trybów. W trybie przewodzenia nieciągłego (DCM) transformator może całkowicie rozmagnesować podczas każdego cyklu przełączania. Zwykle odbywa się to przy stałej częstotliwości przełączania i modulacji prądu szczytowego, aby spełnić wymagania obciążenia. W trybie ciągłego przewodzenia (CCM) prąd zawsze płynie w transformatorze podczas każdego cyklu przełączania. Dlatego w transformatorze zawsze występuje część energii resztkowej, ponieważ każdy cykl przełączania rozpoczyna się przed całkowitym wyczerpaniem prądu.
W przypadku DCM nie ma strat odzyskiwania wstecznego w prostowniku wyjściowym, ponieważ jego prąd spada do zera podczas każdego cyklu przełączania. Wymagana wartość indukcyjności po stronie pierwotnej jest niska i wymaga tylko mniejszego transformatora. Analitycznie, konstrukcja DCM jest z natury bardziej stabilna, ponieważ nie ma zera w prawej połowie płaszczyzny zera jego funkcji transferu. Jednak DCM ma bardzo duże prądy tętnienia i dlatego wymaga większych filtrów.
natomiast CCM ma małe prądy tętnienia i RMS. Te niższe prądy zmniejszają również straty przewodzenia i wyłączania, podczas gdy niższe prądy szczytowe pozwalają na mniejsze komponenty filtrów. Ale wadą CCM jest to, że ma zero w prawej połowie płaszczyzny funkcji transferu, co ograniczy przepustowość pętli sterującej i jej dynamiczną reakcję. CCM wymaga również większej indukcyjności, a co za tym idzie większej składowej magnetycznej.
ulepszenie konwertera Flyback
podobnie jak w przypadku każdej konstrukcji zasilacza, pewne zmiany i ulepszenia mogą zmienić dobry zasilacz w bardzo dobry. W DCM istnieje martwy czas lub rezonansowy „pierścień”, w którym ani dioda, ani MOSFET nie przewodzą, powstały w wyniku interakcji między pierwotną indukcyjnością transformatora a pasożytniczą pojemnością na węźle przełącznika. Konstrukcja quasi-rezonansowa (QR) dostosowuje Prąd szczytowy i częstotliwość przełączania tak, że MOSFET włącza się w pierwszej „dolinie” tego dzwonka rezonansowego i minimalizuje straty.
kolejnym ulepszeniem jest ” przełączanie doliny.”Kontroler wykrywa, kiedy pierścień rezonansowy czasu martwego znajduje się w niskim punkcie i włącza MOSFET w tym punkcie, aby rozpocząć następny cykl przełączania, również w celu zmniejszenia strat przełączania.
nowoczesne Kontrolery IC minimalizują wiele nieuniknionych wyzwań związanych z projektowaniem kompletnego zasilania flyback przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności. Na przykład, Analog Devices LT8304 – 1 jest nie optoizolowanym konwerterem flyback, który pobiera napięcie wyjściowe bezpośrednio z kształtu fali po stronie pierwotnej (rys. 5), a zatem nie wymaga trzeciego uzwojenia ani optoizolatora do regulacji.
5. W oparciu o LT8304-1, Ta konstrukcja przekształca wejście od 4 do 28 V na wyjście 1000 V; gwarantowany minimalny prąd wyjściowy jest funkcją napięcia wejściowego i osiąga 15 mA z wejściem 28 V. (Źródło: Analog Devices)
Arkusz danych ułatwia wybór i identyfikację transformatora flyback, dostarczając tabelę wspólnych par napięć wejściowych/wyjściowych i prądowych dopasowanych do nazw dostawców i modeli standardowych dostępnych transformatorów. Rezultat: stworzenie dobrego projektu flyback jest teraz znacznie łatwiejszym projektem.
wnioski
wybierając topologię zasilacza / konwertera, należy wziąć pod uwagę wiele uzasadnionych możliwości, z których każda ma unikalny zestaw cech, a także cechy pozytywne i negatywne. Należy je porównać z priorytetami systemu i ich wydajnością techniczną oraz kosztami w dolarach. Podejście flyback jest realnym rywalem w zastosowaniach poniżej kilkuset watów przy napięciach od pojedynczych cyfr do kilowoltów i jest szczególnie atrakcyjne, gdy wymagane jest wiele wyjść dc i izolacja wejścia/wyjścia.
Czytaj dalej:
- konwerter Active Clamp Flyback: Projekt, którego czas nadszedł
- Gan Tech napędza Off-Line Przełącznik CV/CC Flyback ICs
- Flyback-Topologia Kontroler DC spada zapotrzebowanie na izolator optyczny
- projektowanie transformatora Flyback w trybie nieciągłego przewodzenia
- weź ulotkę na Flyback do projektowania obwodów wysokiego napięcia
- uważaj na lukę i popraw konstrukcję transformatora Flyback o małej mocy
- Konwertery Flyback przewyższają konwencjonalne typy
- Rozwiązywanie problemów z zasilaniem Flyback, które generuje słyszalny hałas
- wprowadzenie projektanta PCB do mniej używanych metod regulacji DC-DC
- użyj topologii Flyback do napędzania niestandardowego Oświetlenia LED
- Flyback synchroniczny sterownik prostownika zapewnia wyjście 10 A
- transformator Flyback dla 30-watowych aplikacji POE Plus
- Regulator Flyback 900 V pasuje do mierników, aplikacji bezprzewodowych
- 100 V izolowany monolityczny Regulator No-Opto Flyback zapewnia do 24W
- Zbuduj swój własny transformator
Inne referencje
- Elektrotechnika Stack Exchange, „jak naprawdę działa Telewizor CRT Flyback”
- Autodesk Instructables, „2N3055 Flyback Transformer Driver for Początkujący ”
- Robert Gawron,”zasilacz wysokiego napięcia (10-30kV) wykonany z telewizora CRT flyback transformer „
- elektroniczny poradnik naprawczy, ” Co To jest Flyback Transformer?
- Texas Instruments, „Zrozumienie podstaw konwertera Flyback”
- Analog Devices, ” Wyjście 1000 V, No-Opto, izolowany konwerter Flyback „
- Maxim Integrated, Nota aplikacyjna 1166,”konstrukcja transformatora Flyback dla zasilaczy MAX1856 SLIC”