De flyback-converter is ontworpen als de schakelende voeding van de afgelopen 70 jaar om elk type conversie uit te voeren, zoals AC naar DC en DC naar DC. Het ontwerp van flyback gaf het voordeel om de televisie voor communicatie te ontwikkelen in de vroege jaren 1930 tot 1940. Het maakt gebruik van een niet-lineair schakelende voedingsconcept. De flyback-transformator slaat magnetische energie op en fungeert als een Spoel in vergelijking met een non-flyback-ontwerp. Dit artikel gaat helemaal over de werking van de flyback-converter en de topologie ervan.
Wat is een Flyback-converter?
Flyback-omvormers worden gedefinieerd als stroomomvormers, die AC naar DC omzetten met galvanische isolatie tussen de ingangen en uitgangen. Het slaat de energie op wanneer de stroom door het circuit stroomt en geeft de energie vrij wanneer de stroom wordt verwijderd. Het gebruikte een onderling gekoppelde inductor en fungeert als een geïsoleerde schakelomvormer voor step-down of step-up spanningstransformatoren.
Het kan de verschillende uitgangsspanningen regelen en regelen met een breed scala aan ingangsspanningen. De componenten vereist om een flyback-omzetter te ontwerpen is een paar in vergelijking met andere schakelende voedingscircuits. Het woord flyback wordt de aan / uit-actie van de schakelaar genoemd die in het ontwerp wordt gebruikt.
Flyback-converterontwerp
Het ontwerp van de flyback-converter is heel eenvoudig en bevat elektrische componenten zoals een terugslagtransformator, schakelaar, gelijkrichter, filter en een besturingsapparaat om de schakelaar aan te drijven en regulering te bereiken.
De schakelaar wordt gebruikt om het primaire circuit AAN en UIT te zetten, dat de transformator kan magnetiseren of demagnetiseren. Het PWM-signaal van de controller regelt de werking van de schakelaar. In de meeste ontwerpen van flyback-transformatoren wordt FET of MOSFET of een basistransistor als schakelaar gebruikt.
Flyback-converterontwerp
Gelijkrichter corrigeert de spanning van de secundaire wikkeling om een pulserende DC-uitgang te krijgen en koppelt de belasting los van de secundaire wikkeling van de transformator. De condensator filtert de uitgangsspanning van de gelijkrichter en verhoogt het DC-uitgangsniveau volgens de gewenste toepassing.
De flyback-transformator wordt gebruikt als inductor om de magnetische energie op te slaan. Het is ontworpen als een twee gekoppelde inductor, die fungeert als de primaire en secundaire wikkeling. Het werkt op hoge frequenties van bijna 50 KHz.
Ontwerpberekeningen
Het is noodzakelijk om rekening te houden met de ontwerpberekeningen van de flyback-converter van de windingsverhouding, inschakelduur en de stromen van primaire en secundaire wikkelingen. Omdat de windingsverhouding de stroom die door de primaire en secundaire wikkeling vloeit en ook de inschakelduur kan beïnvloeden. Wanneer de windingsverhouding hoog is, wordt de inschakelduur ook hoog en neemt de stroom die door de primaire en secundaire wikkeling gaat af.
Omdat de transformator die in het circuit wordt gebruikt een aangepast type is, is het tegenwoordig niet mogelijk om een perfecte transformator met een windingsverhouding te krijgen. Daarom kan door het kiezen van de transformator met de gewenste waarden en dichter bij de vereiste waarden het verschil in spanning en output worden gecompenseerd.
De andere parameters zoals kernmateriaal, het effect van de luchtspleet en polarisatie moeten door de ingenieurs worden overwogen.
De berekeningen van het ontwerp van de flyback-omzetter door rekening te houden met de schakelaarpositie worden hieronder besproken.
Als de schakelaar is ingeschakeld
Vin - VL - Vs = 0
In ideale toestand, Vs = 0 (spanningsval)
Vervolgens Vin - VL = 0
VL = Lp di / dt
di = (VL / Lp) x dt
Sinds VL = Vin
di = (Vin / Lp) x dt
Door integratie aan beide kanten toe te passen, krijgen we,
Stroom bij de primaire wikkeling is
Ipri = (Vin. / Lp) Ton
De totale energie opgeslagen in de primaire wikkeling is,
Epri = ½ IpritweeX Lp
Waar Vin = ingangsspanning
Lp = inductantie van de primaire wikkeling of primaire inductantie.
Ton = periode waarin de schakelaar is ingeschakeld
Als de schakelaar UIT staat
VL (secundair) - VD - Kluis = 0
De diodespanningsval is in ideale omstandigheden nul
VL (secundair) - Vout = 0
VL (secundair) = Vout
VL = Ls di / dt
di = (VL secundair / Ls) / dt
Omdat VL secundair = Vout
Vandaar,
di = Vout / Ls) X dt
Door integratie toe te passen, krijgen we
Isec = (Vsec / Ls) (T - Ton)
De totale overgedragen energie wordt uitgedrukt als
Esec = ½ [(Vsec / Ls). (T - Toon)]tweeLs
Waarbij Vsec = spanning in de secundaire wikkeling = totale uitgangsspanning bij de belasting
Ls = inductantie van de secundaire wikkeling
T = pwm signaalperiode
Ton = inschakeltijd
Werking van Flyback-converter / werkingsprincipe
De werking van de flyback-omzetter kan worden begrepen uit het bovenstaande diagram. Het werkingsprincipe is gebaseerd op de switch mode power supply (SMPS) -modus.
Als de schakelaar in de AAN-stand staat, is er geen energieoverdracht tussen de ingang en de belasting. De totale energie wordt opgeslagen in de primaire wikkeling van het circuit. Hier voert de afvoerspanning Vd = 0 en de stroom Ip door de primaire wikkeling. De energie wordt opgeslagen in de vorm van de magnetische inductie van de transformator en de stroom neemt lineair toe met de tijd. Dan wordt de diode tegengesteld voorgespannen en vloeit er geen stroom naar de secundaire wikkeling van de transformator en wordt de totale energie opgeslagen in de condensator die aan de uitgang wordt gebruikt.
Wanneer de schakelaar in de UIT-stand staat, wordt de energie overgedragen op de belasting door de polariteit van de transformatorwikkelingen te veranderen als gevolg van het magnetische veld en begint de gelijkrichterschakeling met het gelijkrichten van de spanning. De totale energie in de kern wordt overgebracht naar de belasting, wordt gecorrigeerd en het proces wordt voortgezet totdat de energie in de kern is uitgeput of totdat de schakelaar wordt ingeschakeld.
Flyback Converter-topologie
De flyback-omzettertopologie is een aanpasbaar, flexibel, eenvoudig, meestal gebruikt SMPS-ontwerp (schakelende voeding) met goede prestatiekenmerken die een voordeel bieden voor veel toepassingen.
De prestatiekenmerken van de flyback-omzettertopologie worden hieronder weergegeven.
Flyback-topologie
De bovenstaande golfvormen tonen de plotselinge overgangen en omkeerstromen van de primaire en secundaire wikkeling van de flyback-transformator. De uitgangsspanning wordt geregeld door de aan / uit-acties van de inschakelduur van de primaire wikkeling aan te passen. We kunnen de input en output isoleren door de feedback te gebruiken, of door een extra wikkeling op de transformator te gebruiken
Flyback-topologie SMPS
De flyback-topologie SMPS-diagrammen worden hieronder weergegeven.
Het flyback-topologie SMPS-ontwerp vereist minder nee. Van componenten voor een bepaald vermogensbereik in vergelijking met andere SMPS-topologieën. Het kan werken voor een bepaalde AC- of DC-bron. Als de ingang van de AC-bron wordt gehaald, is de uitgangsspanning volledig gelijkgericht. Hier wordt MOSFET gebruikt als een SMPS.
De werking van de SMPS flyback-topologie is volledig gebaseerd op de positie van de schakelaar, dwz MOSFET.
Flyback-topologie SMPS
Het kan continu of onderbroken werken op basis van de stand van de schakelaar of FET. In het beëindigde model wordt de stroom in de secundaire wikkeling nul voordat de schakelaar wordt ingeschakeld. In de continue modus wordt de stroom in de secundaire modus niet nul.
Wanneer de schakelaar UIT wordt geschakeld, stroomt de energie die is opgeslagen in de lekinductie van de transformator door de primaire wikkeling en wordt deze geabsorbeerd door het ingangsklemcircuit of het snubbercircuit. De rol van het snubbercircuit is om de schakelaar te beschermen tegen hoge inductieve spanningen. Er zal vermogensdissipatie zijn tijdens de AAN- en UIT-overgangen van de schakelaar.
SMPS Flyback Transformer-ontwerp
Het SMPS flyback-transformatorontwerp is populairder dan normale voedingsontwerpen vanwege de lage kosten, efficiëntie en het eenvoudige ontwerp. Het isoleert de primaire en secundaire wikkeling van de transformator voor gegeven meerdere ingangen en levert meerdere uitgangsspanningen, die positief of negatief kunnen zijn.
Het basisontwerp van de SMPS-flyback-transformator wanneer de schakelaar AAN en UIT wordt gezet, wordt hieronder weergegeven. Het wordt ook gebruikt als een geïsoleerde stroomomvormer. De flyback-transformator die in het ontwerp wordt gebruikt, bevat een primaire en secundaire wikkeling, elektrisch gescheiden om tijdelijke koppeling te voorkomen, aardlussen en biedt flexibiliteit.
Transformatorschakelaar staat AAN
Het gebruik van SMPS flyback-transformatorontwerp heeft een voordeel ten opzichte van conventioneel transformatorontwerp. Hier stroomt de stroom niet tegelijkertijd door de primaire en secundaire wikkeling, omdat de fase van de wikkeling wordt omgekeerd, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding.
Transformatorschakelaar is UIT
Het slaat de energie op in de vorm van het magnetische veld in de primaire wikkeling gedurende een bepaalde tijd en wordt overgedragen naar de primaire wikkeling. De maximale uitgangsbelastingsspanning, bedrijfsbereiken, ingangs- en uitgangsspanningsbereiken, vermogensafgiftecapaciteit en de kenmerken van flyback-cycli zijn de belangrijke parameters in het ontwerp van de SMPS flyback-transformator.
Toepassingen
De flyback converter-toepassingen zijn,
- Gebruikt in televisietoestellen en pc's met een laag vermogen tot 250W
- Gebruikt in stand-by voedingen in elektronische pc's (modus voor laagvermogen)
- Gebruikt in mobiele telefoons en mobiele opladers
- Gebruikt in hoogspanningsbronnen zoals televisie, CRT's, lasers, zaklampen en kopieerapparaten, enz.
- Gebruikt in meerdere input-output voedingen
- Gebruikt in geïsoleerde poortaandrijfcircuits.
Dit gaat dus allemaal over een overzicht van de flyback-converter - ontwerp, werkingsprincipe, bediening, topologie, SMPS flyback-transformatorontwerp, topologie, SMPS-topologieontwerp en toepassingen. Hier is een vraag voor u: ”Wat zijn de voordelen van een flyback-converter?
