o flyback design é uma fonte de alimentação em modo comutado (SMPS) que tem sido usada por mais de 70 anos e continua forte. Esta fonte de alimentação—também chamada de conversor de energia—tem duas fases operacionais distintas, com a energia do lado da entrada transferida para o lado da saída apenas quando o interruptor do lado primário está desligado e seu fluxo de corrente é zero ou próximo dele. O núcleo do projeto flyback tem uma conta de materiais bastante curta e de baixo custo (BOM): capacitor de entrada, comutador MOSFET do lado primário, díodo retificador lateral de saída (secundário) e capacitor de saída. Além disso, há o próprio transformador flyback (é claro, como em qualquer projeto, o esquema final é mais complicado).
O design flyback foi desenvolvido nas décadas de 1930 e 1940, e altamente refinado na década de 1950 com a introdução da televisão comercial. Em alguns aspectos, precede o nosso conceito moderno de fornecimento de comutação não linear (ver “há meio século, transístores melhores e reguladores de comutação revolucionaram o Design de fontes de alimentação de computadores” no espectro IEEE).
em seus papéis anteriores, o Conversor flyback forneceu as altas voltagens necessárias para o CRT e os outros tubos de vácuo, que eram os eletrônicos “ativos” antes de transistores e ICs. Como resultado deste enorme mercado, foi projetado e otimizado para baixo custo, alta confiabilidade, segurança e manufatura. O flyback design e características são ideais para baixo ou médio poder aplicações de faixa entre 100 a 250 W.
Conversor Flyback Básico
ao contrário de um não-flyback design, onde o transformador é usado apenas para a tensão step-up ou step-down, o transformador flyback também é usado como um indutor, uma energia magnética-dispositivo de armazenamento. Este transformador tem enrolamentos adicionais (críticos para a operação flyback) além de ser um transformador básico de dois enrolamento (primário/secundário). A relação de turnos do transformador serve dois papéis: ele define a razão de tensão de saída versus entrada, e fornece isolamento galvânico (ohmic). Usando enrolamentos adicionais, o projeto flyback pode simultaneamente fornecer múltiplas saídas.
no ciclo flyback básico, fechar o interruptor do lado primário aumenta a corrente primária e o fluxo magnético no transformador / indutor, uma vez que o circuito do lado primário é fornecido pela fonte (Fig. 1). A tensão no enrolamento do lado secundário é negativa devido à relação relativa entre enrolamentos primários e secundários. Portanto, o diodo é invertida e bloqueia o fluxo de corrente e o capacitor secundário fornece a corrente para a carga durante a fase de operação.
1. No primeiro ciclo de funcionamento do conversor flyback, o interruptor do lado primário é fechado, aumentando assim a corrente primária e o fluxo magnético transformador/indutor. (Fonte: Wikipedia)
O interruptor é aberto na próxima fase do ciclo (Fig. 2), então a corrente do lado primário vai para zero e o fluxo magnético colapsa. Agora a tensão do lado secundário vai positivo, o diodo é orientado para a frente, e a corrente flui do lado secundário do transformador para o capacitor, assim reabastecendo o capacitor.
2. No segundo ciclo de funcionamento do conversor flyback, o interruptor do lado primário é aberto e a corrente flui do lado secundário do transformador para o capacitor. (Fonte: Wikipedia)
em um projeto flyback, o capacitor de saída é semelhante a um balde que está sendo preenchido (recarregado) ou esvaziado (fornecendo a carga), mas nunca passa por ambos ao mesmo tempo. A ondulação de saída resultante deve ser filtrada pelo capacitor, que nunca é permitido drenar para uma carga zero. O nome” flyback ” é devido à ação repentina de parar/parar, ligado/desligado do interruptor MOSFET, com uma forma de onda que parece uma inversão súbita do fluxo de corrente (Fig. 3).
3. A paisagem básica da topologia flyback mostra a inversão súbita e transições para correntes primárias e secundárias. (Fonte: Wikipedia)
regulação da saída é alcançada ajustando o ciclo de funcionamento on/off do comutador do lado primário. Alguns projetos também ajustam a frequência da ação de comutação (comutação mais rápida resulta em um rastreamento mais próximo da saída para o valor de saída desejado. Este feedback com o isolamento de entrada-saída exigido é fornecido através de um enrolamento especial no transformador (a abordagem tradicional e histórica) (Fig. 4a) ou através de um optocoupler (Fig. 4b).
4. O projeto flyback tradicional usa um transformador / indutor com pelo menos dois enrolamentos primários e um enrolamento secundário (a). Alguns projetos flyback usam um optocoupler para fornecer o feedback isolado equivalente ao segundo enrolamento do lado primário. (Fonte: Dispositivos analógicos e instrumentos Texas)
modos operacionais
Flybacks (e outros muitos outros tipos de conversores) podem ser projetados para operar em um dos dois modos. Em Modo de condução descontínuo (DCM), o transformador é autorizado a desmagnetizar completamente durante cada ciclo de comutação. Normalmente, isso é feito com uma frequência fixa de comutação e modulação da Corrente de pico para atender às necessidades de carga. Em Modo de condução contínua (CCM), a corrente está sempre fluindo no transformador durante cada ciclo de comutação. Portanto, alguma energia residual está sempre presente no transformador, porque cada ciclo de comutação começa antes da corrente estar completamente esgotada.
com DCM, não há perdas de recuperação reversa no retificador de saída uma vez que a sua corrente desce para zero durante cada ciclo de comutação. O valor de indutância primária necessário é baixo e necessita apenas de um transformador menor. Analytically, the DCM design is inherently more stable, since there’s no zero in the right-half-plane zero of its transfer function. No entanto, o DCM tem correntes ondulatórias muito grandes e, portanto, requer filtros maiores.
em contraste, CCM tem pequenas ondulações e correntes RMS. Estas correntes mais baixas também baixam as perdas de condução e de retorno, enquanto as correntes de pico mais baixas permitem componentes mais pequenos do filtro. Mas a desvantagem do CCM é que ele tem um zero no meio Plano direito da função de transferência, que irá limitar a largura de banda do laço de controle e sua resposta dinâmica. CCM também requer uma indutância maior e, portanto, um componente magnético maior.a melhoria do conversor Flyback como qualquer projeto de alimentação elétrica, certas variações e melhorias podem transformar uma boa fonte de alimentação em uma muito boa. Em DCM, há um tempo morto ou “anel” ressonante onde nem o diodo nem o MOSFETO estão conduzindo, criado pela interação entre a indutância primária do transformador e a capacitância parasitária no nó de troca. Um design quasi-ressonante (QR) ajusta a corrente de pico e frequência de comutação de modo que o MOSFET se liga no primeiro “vale” deste toque ressonante e minimiza as perdas.
outro realce é ” valley switching.”O controlador detecta quando o anel ressonante em tempo morto está em seu ponto baixo e liga o MOSFET neste ponto para iniciar o próximo ciclo de comutação, também para reduzir as perdas de comutação.os controladores modernos de IC minimizam muitos dos desafios inevitáveis de projetar uma oferta completa de flyback, melhorando o desempenho. Por exemplo, dispositivos analógicos’ LT8304-1 é um conversor flyback não-optoisolado que mostra a tensão de saída diretamente da forma de onda flyback primário (Fig. 5) e, portanto, não requer um terceiro enrolamento ou optoisolador para a regulação.
5. Com base no LT8304-1, este projeto converte uma entrada de 4 a 28-V para uma saída de 1000-V; A corrente mínima de saída garantida é uma função da tensão de entrada e atinge 15 mA com uma entrada de 28-V. (Fonte: Dispositivos analógicos)
A Ficha técnica facilita a selecção e identificação do transformador flyback, fornecendo uma tabela de tensão de entrada/saída comum e pares de corrente correspondentes aos nomes dos vendedores e modelos de transformadores disponíveis padrão. O resultado: criar um bom design flyback é agora um projeto muito mais fácil.
conclusão
ao selecionar uma topologia de alimentação/Conversor, há muitas possibilidades legítimas a considerar, cada uma com um conjunto único de características, bem como características positivas e negativas. Estas devem ser ponderadas em função das prioridades do sistema e do seu desempenho técnico e dos custos do dólar. A abordagem flyback é um concorrente viável em aplicações abaixo de várias centenas de watts em tensões de um dígito para quilovolts, e é especialmente atraente quando múltiplas saídas dc e isolamento de entrada/saída são necessários.leitura adicional: Conversor Flyback activo Clamp: Um Projeto Cujo Tempo chegou
Referências
- Engenharia Elétrica Stack Exchange, “Como é que um CRT televisão flyback realmente funcionar”
- Autodesk Instructables, “2n3055 Flyback Transformador Driver para 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”
- dispositivos analógicos, “1000 V Output, No-Opto, Isolated Flyback Converter”
Maxim Integrated, Application Note 1166, “Flyback Transformer Design for MAX1856 SLIC Power Supplies”