designul flyback este o sursă de alimentare în mod comutat (SMPS) care a fost utilizată de peste 70 de ani și continuă să fie puternică. Această sursă-numită și convertor de putere—are două faze de funcționare distincte, cu puterea de la partea de intrare transferată pe partea de ieșire numai atunci când comutatorul din partea primară este oprit și debitul său de curent este zero sau aproape de acesta. Nucleul designului flyback are o factură de materiale destul de scurtă și ieftină (BOM): condensator de intrare, comutator MOSFET primar, Diodă redresoare laterală de ieșire (secundară) și un condensator de ieșire. În plus, există transformatorul flyback în sine (desigur, ca și în cazul oricărui design, schema finală este mai complicată).
designul flyback a fost dezvoltat în anii 1930 și 1940 și foarte rafinat în anii 1950 odată cu introducerea televiziunii comerciale. În unele privințe, precede conceptul nostru modern de alimentare cu comutare neliniară (a se vedea „acum o jumătate de secol, tranzistoarele și regulatoarele de comutare mai bune au revoluționat proiectarea surselor de alimentare a computerului” în spectrul IEEE).
În rolurile sale anterioare, convertorul flyback a furnizat tensiunile ridicate necesare pentru CRT și celelalte tuburi de vid, care erau electronica „activă” înainte de tranzistoare și circuite integrate. Ca urmare a acestei piețe uriașe, a fost proiectat și optimizat pentru costuri reduse, fiabilitate ridicată, siguranță și manufacturabilitate. Designul și caracteristicile flyback sunt potrivite pentru aplicații cu o gamă de putere mică până la medie între 100 și 250 W.
bazele convertorului Flyback
spre deosebire de un design non-flyback în care transformatorul este utilizat numai pentru creșterea sau scăderea tensiunii, transformatorul flyback este utilizat și ca inductor, un dispozitiv magnetic de stocare a energiei. Acest transformator are înfășurări suplimentare (critice pentru operațiunea flyback) dincolo de a fi un transformator de bază cu două înfășurări (primar/secundar). Raportul de rotație al transformatorului servește două roluri: acesta stabilește raportul de ieșire față de tensiunea de intrare și asigură izolarea galvanică (ohmică). Prin utilizarea înfășurărilor suplimentare, designul flyback poate oferi simultan mai multe ieșiri.
în ciclul de bază flyback, închiderea comutatorului lateral primar crește curentul primar și fluxul magnetic în transformator / inductor, deoarece circuitul lateral primar este furnizat de sursă (Fig. 1). Tensiunea în înfășurarea secundară este negativă datorită relației relative dintre înfășurările primare și secundare. Prin urmare, dioda este inversată și blochează fluxul de curent, iar condensatorul secundar furnizează curentul la sarcină în timpul fazei de funcționare.
1. În primul ciclu de operare flyback-converter, comutatorul primar este închis, crescând astfel curentul primar și fluxul magnetic transformator/inductor. (Sursa: Wikipedia)
comutatorul este deschis în următoarea fază a ciclului (Fig. 2), astfel încât curentul din partea primară ajunge la zero și fluxul magnetic se prăbușește. Acum, tensiunea secundară este pozitivă, dioda este părtinitoare înainte, iar curentul curge de la partea secundară a transformatorului la condensator, completând astfel condensatorul.
2. În cel de-al doilea ciclu de funcționare a convertorului flyback, comutatorul primar este deschis și curentul curge de la partea secundară a transformatorului la condensator. (Sursa: Într-un design flyback, condensatorul de ieșire este similar cu o găleată care este fie umplută (reîncărcată), fie golită (alimentând sarcina), dar nu suferă niciodată ambele în același timp. Unda de ieșire rezultată trebuie filtrată de condensator, care nu este lăsat niciodată să se scurgă până la încărcare zero. Numele „flyback” se datorează acțiunii de oprire/oprire bruscă, pornire/oprire a comutatorului MOSFET, cu o formă de undă care arată ca o inversare bruscă a fluxului de curent (Fig. 3).
3. Forma de undă de bază a topologiei flyback arată inversarea bruscă și tranzițiile pentru curenții primari și secundari. (Sursa: Wikipedia)
reglarea ieșirii se realizează prin reglarea ciclului de funcționare pornit/oprit al comutatorului din partea primară. Unele modele ajustează, de asemenea, frecvența acțiunii de comutare (comutarea mai rapidă duce la urmărirea mai atentă a ieșirii la valoarea de ieșire dorită. Acest feedback cu izolarea necesară intrare-ieșire este furnizat fie printr-o înfășurare specială pe transformator (abordarea tradițională și istorică) (Fig. 4a) sau printr-un optocuplor (Fig. 4b).
4. Designul tradițional flyback folosește un transformator / inductor cu cel puțin două înfășurări primare și o înfășurare secundară (a). Unele modele flyback folosesc un optocuplor pentru a oferi feedback izolat echivalent cu a doua înfășurare primară. (Surse: Dispozitive analogice și Texas Instruments)
modurile de Operare
Flybacks (și alte multe alte tipuri de convertoare) pot fi proiectate să funcționeze într-unul din cele două moduri. În modul de conducere discontinuă (DCM), transformatorul este lăsat să se demagnetizeze complet în timpul fiecărui ciclu de comutare. De obicei, acest lucru se face cu o frecvență fixă de comutare și modularea curentului de vârf pentru a îndeplini cerințele de încărcare. În modul de conducere continuă (CCM), curentul curge întotdeauna în transformator în timpul fiecărui ciclu de comutare. Prin urmare, o anumită energie reziduală este întotdeauna prezentă în transformator, deoarece fiecare ciclu de comutare începe înainte ca curentul să fie complet epuizat.
cu DCM, nu există pierderi de recuperare inversă în redresorul de ieșire, deoarece curentul său scade la zero în timpul fiecărui ciclu de comutare. Valoarea necesară a inductanței primare este scăzută și are nevoie doar de un transformator mai mic. Analitic, designul DCM este inerent mai stabil, deoarece nu există zero în jumătatea dreaptă zero a funcției sale de transfer. Cu toate acestea, DCM are curenți de ondulare foarte mari și, prin urmare, necesită filtre mai mari.
în schimb, CCM are curenți mici și curenți RMS. Acești curenți inferiori scad, de asemenea, pierderile de conducere și oprire, în timp ce curenții de vârf mai mici permit componente de filtrare mai mici. Dar dezavantajul CCM este că are un zero în jumătatea dreaptă a funcției de transfer, ceea ce va limita lățimea de bandă a buclei de control și răspunsul său dinamic. CCM necesită, de asemenea, o inductanță mai mare și, prin urmare, o componentă magnetică mai mare.
îmbunătățirea convertorului Flyback
ca și în cazul oricărui design al sursei de alimentare, anumite variații și îmbunătățiri pot transforma o sursă bună într-una foarte bună. În DCM, există un timp mort sau un „inel” rezonant în care nici dioda, nici MOSFET nu conduc, creat prin interacțiunea dintre inductanța primară a transformatorului și capacitatea parazitară la nodul comutatorului. Un design cvasi-rezonant (QR) reglează curentul de vârf și frecvența de comutare, astfel încât MOSFET-ul să se aprindă la prima „vale” a acestui sunet rezonant și să minimizeze pierderile.
Un alt accesoriu este „Valea de comutare.”Controlerul detectează când inelul rezonant în timp mort este la punctul său scăzut și pornește MOSFET-ul în acest moment pentru a începe următorul ciclu de comutare, de asemenea, pentru a reduce pierderile de comutare.
controlerele IC moderne minimizează multe dintre provocările inevitabile ale proiectării unei aprovizionări complete cu flyback, îmbunătățind în același timp performanța. De exemplu, LT8304-1 al dispozitivelor analogice este un convertor flyback non-optoizolat care eșantionează tensiunea de ieșire direct din forma de undă flyback din partea primară (Fig. 5) și, prin urmare, nu necesită o a treia înfășurare sau optoizolator pentru reglare.
5. Bazat pe LT8304 – 1, acest design convertește o intrare de 4 până la 28 V la o ieșire de 1000 V; curentul minim de ieșire garantat este o funcție a tensiunii de intrare și atinge 15 mA cu o intrare de 28 V. (Sursa: Analog Devices)
fișa tehnică facilitează selectarea și identificarea transformatorului flyback prin furnizarea unui tabel de tensiuni comune de intrare / ieșire și perechi de curent potrivite cu numele furnizorilor și modelele de transformatoare standard disponibile. Rezultatul: crearea unui design bun flyback este acum un proiect mult mai ușor.
concluzie
la selectarea unei topologii de alimentare / convertor, există multe posibilități legitime de luat în considerare, fiecare cu un set unic de caracteristici, precum și caracteristici pozitive și negative. Acestea trebuie să fie puse în balanță cu prioritățile sistemului, cu performanțele lor tehnice și cu costurile în dolari. Abordarea flyback este un concurent viabil în aplicații sub câteva sute de wați la tensiuni de la o singură cifră la kilovolți și este deosebit de atractivă atunci când sunt necesare mai multe ieșiri dc și izolare de intrare/ieșire.
lecturi suplimentare:
- active Clamp Flyback Converter: Un Design al cărui timp a venit
- Gan Tech drive-uri off-Line CV/CC Flyback Switcher ICs
- Flyback-topologie DC controler picături nevoie de izolator optic
- proiectarea unui discontinuu-conducție-Mode Flyback transformator
- ia un fluturaș pe Flyback pentru design-ul de Circuit de înaltă tensiune
- minte decalajul și de a îmbunătăți dvs. de tipuri convenționale
- depanarea o sursă de Flyback care generează zgomot sonor
- Intro PCB Designer de a mai puțin utilizate metode de reglementare dc-dc
- utilizați o topologie Flyback pentru a conduce iluminat personalizat cu LED-uri
- Flyback driver redresor sincron oferă 10-o ieșire
- Flyback transformator pentru 30 Watt Poe Plus Aplicații
- 900 V Flyback regulator Costume de metri, aplicații fără fir
- 100V izolat monolit no-Opto Flyback Regulator oferă până la 24W
- p>
- Inginerie Electrică stivă de schimb, „cum funcționează într-adevăr un flyback de televiziune CRT”
- Autodesk Instructables, „2n3055 Flyback transformator driver pentru Incepatori „
- Robert Gawron, „alimentare de înaltă tensiune (10-30KV) realizate din televiziune CRT flyback transformator”
- Ghid de reparații electronice, „Ce este transformator Flyback?
- Texas Instruments, ” înțelegerea elementele de bază ale unui convertor Flyback „
- dispozitive analogice,”Ieșire 1000 V, no-Opto, Convertor Flyback izolat”
- Maxim integrat, nota de aplicare 1166, „Design transformator Flyback pentru surse de alimentare MAX1856 SLIC”