Co je to Flyback Converter: Design & its Working

Flyback převodník je navržen jako spínaný napájecí zdroj z posledních 70 let k provádění jakéhokoli typu převodu, jako je střídavý proud na stejnosměrný proud a stejnosměrný proud na stejnosměrný proud. Konstrukce flybacku poskytla výhodu při vývoji televizního vysílání pro komunikaci v prvních 30. až 40. letech. Využívá koncept nelineárního spínacího napájení. The zpětný transformátor ukládá magnetickou energii a působí jako induktor ve srovnání s non-flyback designem. Tento článek je o fungování zpětného převaděče a jeho topologii.

Co je to Flyback Converter?

Převaděče Flyback jsou definovány jako výkonové převodníky, které převádějí střídavé napětí na stejnosměrné s galvanickým oddělením mezi vstupy a výstupy. Ukládá energii, když proud protéká obvodem, a uvolňuje energii, když je energie odebrána. Využíval vzájemně vázaný induktor a funguje jako izolovaný spínací převodník pro transformátory napětí zeslabení nebo zesílení.

Může řídit a regulovat více výstupních napětí se širokým rozsahem vstupních napětí. The komponenty k návrhu převaděče zpětného chodu je několik v porovnání s jinými spínanými napájecími obvody. Slovo flyback se označuje jako zapnutí / vypnutí přepínače použitého v návrhu.

Flyback Converter Design

Návrh zpětného převaděče je velmi jednoduchý a obsahuje elektrické součásti jako zpětný transformátor, spínač, usměrňovač, filtr a řídicí zařízení k ovládání spínače a dosažení regulace.

Přepínač slouží k ZAPNUTÍ a VYPNUTÍ primárního obvodu, který může magnetizovat nebo demagnetizovat transformátor. Signál PWM z ovladače řídí činnost spínače. Ve většině návrhů zpětných transformátorů se jako přepínač používá FET nebo MOSFET nebo základní tranzistor.

Flyback Converter Design

Usměrňovač usměrňuje napětí sekundárního vinutí, aby získal pulzující stejnosměrný výstup, a odpojí zátěž od sekundárního vinutí transformátoru. Kondenzátor filtruje výstupní napětí usměrňovače a zvyšuje výstupní úroveň DC podle požadované aplikace.

Zpětný transformátor se používá jako induktor k ukládání magnetické energie. Je navržen jako dvoučlenný induktor, který funguje jako primární a sekundární vinutí. Pracuje na vysokých frekvencích téměř 50 kHz.

Návrhové výpočty

Je třeba vzít v úvahu výpočty návrhu zpětného převaděče poměru otáček, pracovního cyklu a proudů primárního a sekundárního vinutí. Protože poměr otáček může ovlivnit proud protékající primárním a sekundárním vinutím a také pracovní cyklus. Když je poměr otáček vysoký, pak se pracovní cyklus také zvýší a proud procházející primárním a sekundárním vinutím se sníží.

Vzhledem k tomu, že transformátor používaný v obvodu je vlastní typ, není dnes možné získat dokonalý transformátor s poměrem otáček. Proto výběr transformátoru s požadovanými hodnotami a blíže k požadovaným hodnotám může kompenzovat rozdíl v napětí a výstupu.

Ostatní parametry, jako je materiál jádra, účinek vzduchové mezery a polarizace, by měli vzít v úvahu inženýři.

Níže jsou diskutovány výpočty návrhu zpětného převaděče zohledněním polohy přepínače.

Když je spínač zapnutý

Vin - VL - Vs = 0

V ideálním stavu, Vs = 0 (pokles napětí)

Pak Vin - VL = 0

VL = Lp di / dt

di = (VL / Lp) x dt

Od té doby VL = Vin

di = (Vin / Lp) x dt

Použitím integrace na obou stranách získáme,

Proud v primárním vinutí je

Ipri = (Vin. / Lp) Ton

Celková energie uložená v primárním vinutí je,

Epri = ½ Ipri^dvaX Lp

Kde Vin = vstupní napětí

Lp = indukčnost primárního vinutí nebo primární indukčnost.

Ton = období, kdy je spínač zapnutý

Když je spínač VYPNUTÝ

VL (sekundární) - VD - Vault = 0

Pokles napětí diody bude za ideálního stavu nulový

VL (sekundární) - Vout = 0

VL (sekundární) = Vout

VL = Ls di / dt

di = (VL sekundární / Ls) / dt

Protože VL sekundární = Vout

Proto,

di = Vout / Ls) X dt

Použitím integrace získáme

Isec = (Vsec / Ls) (T - Ton)

Celková přenesená energie je vyjádřena jako

Esec = ½ [(Vsec / Ls). (T - Tone)]^dva. Ls

Kde Vsec = napětí v sekundárním vinutí = celkové výstupní napětí při zátěži

Ls = indukčnost sekundárního vinutí

T = perioda signálu pwm

Ton = čas zapnutí

Fungování převaděče Flyback / Princip fungování

Činnost zpětného převaděče lze pochopit z výše uvedeného diagramu. Pracovní princip je založen na režimu napájení SMPS (Switch Mode Power Supply).

Když je spínač v poloze ON, nedochází k žádnému přenosu energie mezi vstupem a zátěží. Celková energie bude uložena v primárním vinutí obvodu. Zde vypouštěcí napětí Vd = 0 a proud Ip prochází primárním vinutím. Energie se ukládá ve formě magnetické indukčnosti transformátoru a proud se s časem lineárně zvyšuje. Poté se dioda stane reverzně předpjatou a do sekundárního vinutí transformátoru neproudí žádný proud a celková energie se uloží do kondenzátoru použitého na výstupu.

Když je spínač v poloze OFF, energie se přenáší na zátěž změnou polarity vinutí transformátoru v důsledku magnetického pole a obvod usměrňovače začne usměrňovat napětí. Celková energie v jádru bude přenesena do zátěže, bude opravena a proces bude pokračovat, dokud nebude energie v jádře vyčerpána nebo dokud nebude spínač zapnut.

Topologie převaděče Flyback

Topologie zpětného převaděče je přizpůsobivý, flexibilní, jednoduchý, většinou používaný design SMPS (switch mode power supply) s dobrými výkonovými charakteristikami, který dává výhodu mnoha aplikacím.
Níže jsou uvedeny výkonové charakteristiky topologie zpětného převaděče.

Topologie zpětného letu

Výše uvedené průběhy ukazují náhlé přechody a reverzní proudy primárního a sekundárního vinutí zpětného transformátoru. Výstupní napětí bude regulováno nastavením zapnutí / vypnutí pracovního cyklu primárního vinutí. Můžeme izolovat vstup a výstup pomocí zpětné vazby nebo pomocí dalšího vinutí na transformátoru

Flyback topologie SMPS

Níže jsou uvedeny diagramy SMPS topologie flyback.

Návrh SMPS topologie flyback vyžaduje méně ne. Komponent pro daný výkonový rozsah ve srovnání s jinými topologiemi SMPS. Může pracovat pro daný zdroj střídavého nebo stejnosměrného proudu. Pokud je vstup odebírán ze zdroje střídavého proudu, pak by bylo výstupní napětí plně opraveno. Zde se MOSFET používá jako SMPS.

Provoz topologie SMPS flyback je zcela založen na poloze přepínače, tj. MOSFET.

Flyback topologie SMPS

Může pracovat v nepřetržitém nebo přerušovaném režimu na základě polohy spínače nebo FET. U ukončeného modelu se proud v sekundárním vinutí před zapnutím spínače změní na nulu. V nepřetržitém režimu se proud v sekundárním okruhu nestane nulovým.

Když je spínač VYPNUTÝ, energie uložená v indukčnosti úniku transformátoru protéká primárním vinutím a je absorbována vstupním svorkovým obvodem nebo tlumicím obvodem. Úlohou tlumícího obvodu je chránit spínač před vysokými indukčními napětími. Během přechodů spínače ZAPNUTO a VYPNUTO dojde k rozptýlení výkonu.

SMPS Flyback Transformer Design

Návrh transformátoru zpětného toku SMPS je populárnější než normální návrh napájecího zdroje kvůli jeho nízké ceně, účinnosti a jednoduchému designu. Izoluje primární a sekundární vinutí transformátoru pro dané více vstupů a poskytuje více výstupních napětí, která mohou být kladná nebo záporná.

Níže je zobrazen základní design transformátoru zpětného toku SMPS, když je spínač zapnutý a vypnutý. Používá se také jako izolovaný měnič výkonu. Zpětný transformátor použitý v konstrukci obsahuje primární a sekundární vinutí, oddělené elektricky, aby se zabránilo přechodnému propojení, zemní smyčky a poskytuje flexibilitu.

Spínač transformátoru je ZAPNUTÝ

Použití konstrukce transformátoru zpětného toku SMPS má výhodu oproti konvenční konstrukci transformátoru. Zde proud neprotéká primárním a sekundárním vinutím současně, protože fáze vinutí se obrátí, jak je znázorněno na obrázku výše.

Spínač transformátoru je VYPNUTÝ

Ukládá energii ve formě magnetického pole v primárním vinutí po určitou dobu a přenáší se do primárního vinutí. Důležitým parametrem v konstrukci transformátoru zpětného toku SMPS je maximální výstupní zátěžové napětí, pracovní rozsahy, rozsahy vstupního a výstupního napětí, schopnost dodávat energii a charakteristiky zpětných cyklů.

Aplikace

The aplikace převaděče flyback jsou,

• Používá se v televizorech a počítačích s nízkým výkonem až 250 W.
• Používá se v pohotovostních napájecích zdrojích v elektronických zařízeních (režim spínače nízké spotřeby)
• Používá se v mobilních telefonech a mobilních nabíječkách
• Používá se ve zdrojích vysokého napětí, jako je televize, CRT, lasery, baterky a kopírovací zařízení atd.
• Používá se ve více vstupně-výstupních napájecích zdrojích
• Používá se v izolovaných obvodech pohonu brány.

O toto tedy jde přehled převaděče flyback - design, pracovní princip, provoz, topologie, návrh transformátoru zpětného toku SMPS, topologie, návrh topologie SMPS a aplikace. Zde je pro vás otázka: „Jaké jsou výhody převaděče flyback? '