Apa itu Flyback Converter: Reka Bentuk & Kerjanya

Penukar flyback dirancang seperti bekalan kuasa mod suis dari 70 tahun yang lalu untuk melakukan sebarang jenis penukaran seperti AC ke DC dan DC ke DC. Reka bentuk flyback memberi kelebihan untuk mengembangkan televisyen untuk komunikasi pada awal 1930-an hingga 1940-an. Ia menggunakan konsep bekalan beralih tak linear. The pengubah flyback menyimpan tenaga magnet dan bertindak sebagai induktor jika dibandingkan dengan reka bentuk non-flyback. Artikel ini adalah mengenai kerja penukar flyback dan topologinya.

Apa itu Flyback Converter?

Flyback converter didefinisikan sebagai power converter, yang menukar AC ke DC dengan pengasingan galvanik antara input dan output. Ia menyimpan tenaga ketika arus mengalir melalui litar dan membebaskan tenaga semasa kuasa dikeluarkan. Ia menggunakan induktor yang digabungkan dan bertindak sebagai penukar pengasingan terpencil untuk transformer voltan turun atau naik.

Ia dapat mengawal dan mengatur voltan keluaran berganda dengan pelbagai voltan input. The komponen diperlukan untuk merancang penukar flyback adalah beberapa jika dibandingkan dengan rangkaian bekalan kuasa mod pensuisan yang lain. Kata flyback disebut sebagai tindakan hidup / mati suis yang digunakan dalam reka bentuk.

Reka Bentuk Penukar Flyback

Reka bentuk penukar flyback sangat ringkas dan berisi komponen elektrik seperti pengubah flyback, suis, penerus, penapis, dan alat kawalan untuk menggerakkan suis dan mencapai peraturan.

Suis digunakan untuk ON dan OFF litar utama, yang dapat memagnetkan atau mendemagnetkan transformer. Isyarat PWM dari pengawal mengawal operasi suis. Dalam kebanyakan reka bentuk transformer flyback, FET atau MOSFET atau transistor asas digunakan sebagai suis.

Reka Bentuk Penukar Flyback

Rectifier membetulkan voltan belitan sekunder untuk mendapatkan output DC berdenyut dan memutuskan beban dari belitan sekunder pengubah. Kapasitor menyaring voltan output penerus dan meningkatkan tahap output DC mengikut aplikasi yang diinginkan.

Transformer flyback digunakan sebagai induktor untuk menyimpan tenaga magnet. Ia direka sebagai induktor dua gandingan, yang bertindak sebagai penggulungan primer dan sekunder. Ia beroperasi pada frekuensi tinggi hampir 50KHz.

Pengiraan Reka Bentuk

Perlu dipertimbangkan pengiraan reka bentuk penukar flyback nisbah putaran, pusingan tugas, dan arus belitan primer dan sekunder. Kerana nisbah putaran mungkin mempengaruhi arus yang mengalir melalui belitan primer dan sekunder dan juga putaran tugas. Apabila nisbah putaran tinggi, maka kitaran tugas juga menjadi tinggi, dan arus yang melalui belitan primer dan sekunder berkurang.

Oleh kerana pengubah yang digunakan dalam litar adalah jenis khusus, tidak mustahil untuk mendapatkan pengubah yang sempurna dengan nisbah putaran hari ini. Oleh itu dengan memilih transformer dengan penilaian yang diinginkan dan lebih dekat dengan penilaian yang diperlukan mungkin mengimbangi perbezaan voltan dan output.

Parameter lain seperti bahan teras, kesan jurang udara, dan polarisasi harus dipertimbangkan oleh jurutera.

Pengiraan reka bentuk penukar flyback dengan mempertimbangkan kedudukan suis dibincangkan di bawah.

Apabila Suis dihidupkan

Vin - VL - Vs = 0

Pada keadaan ideal, Vs = 0 (penurunan voltan)

Kemudian Vin - VL = 0

VL = Lp di / dt

di = (VL / Lp) x dt

Sejak VL = Vin

di = (Vin / Lp) x dt

Dengan menerapkan integrasi di kedua-dua belah pihak,

Semasa pada penggulungan utama adalah

Ipri = (Vin. / Lp) Ton

Jumlah tenaga yang tersimpan dalam belitan utama adalah,

Epri = ½ Ipri^duaX Lp

Di mana Vin = voltan masukan

Lp = induktansi belitan primer atau induktansi primer.

Ton = tempoh ketika suis dihidupkan

Apabila Suis MATI

VL (sekunder) - VD - Vault = 0

Penurunan voltan diod akan menjadi sifar pada keadaan ideal

VL (sekunder) - Vout = 0

VL (sekunder) = Vout

VL = Ls di / dt

di = (VL sekunder / Ls) / dt

Sejak VL sekunder = Vout

Oleh itu,

di = Vout / Ls) X dt

Dengan menerapkan integrasi, kita dapat

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

Jumlah tenaga yang dipindahkan dinyatakan sebagai

Esec = ½ [(Vsec / Ls). (T - Nada)]^dua. Ls

Di mana Vsec = voltan dalam belitan sekunder = jumlah voltan keluaran pada beban

Ls = induktansi penggulungan sekunder

T = tempoh isyarat pwm

Ton = menukar masa ON

Pengoperasian Flyback Converter / Prinsip Kerja

Operasi penukar flyback dapat difahami dari rajah di atas. Prinsip kerja didasarkan pada mod bekalan kuasa mod suis (SMPS).

Apabila suis berada di posisi ON, tidak ada pemindahan tenaga antara input dan beban. Jumlah tenaga akan disimpan dalam belitan utama litar. Di sini voltan saliran Vd = 0 dan arus Ip melewati belitan utama. Tenaga disimpan dalam bentuk aruhan magnet pengubah dan arus meningkat dengan masa secara linear. Kemudian diod menjadi bias terbalik dan tidak ada arus yang mengalir ke belitan sekunder pengubah dan jumlah tenaga disimpan dalam kapasitor yang digunakan pada output.

Apabila suis berada dalam posisi OFF, tenaga dipindahkan ke beban dengan mengubah polaritas belitan pengubah kerana medan magnet dan litar penyearah mula membetulkan voltan. Tenaga total dalam inti akan dipindahkan ke beban akan diperbaiki dan prosesnya akan dilanjutkan hingga tenaga di inti habis atau sehingga suis dihidupkan.

Topologi Penukar Flyback

Topologi penukar flyback adalah reka bentuk SMPS (mod bekalan kuasa mod suis) yang mudah disesuaikan, fleksibel, mudah digunakan dengan ciri prestasi yang baik yang memberi kelebihan kepada banyak aplikasi.
Ciri prestasi topologi penukar flyback ditunjukkan di bawah.

Topologi Flyback

Bentuk gelombang di atas menunjukkan peralihan tiba-tiba dan arus pembalikan penggulungan primer dan sekunder transformer flyback. Voltan keluaran akan diatur dengan menyesuaikan tindakan on / off dari siklus tugas penggulungan primer. Kita dapat mengasingkan input dan output dengan menggunakan maklum balas, atau dengan menggunakan belitan tambahan pada transformer

Topik Flyback SMPS

Rajah SMPS topologi flyback ditunjukkan di bawah.

Reka bentuk topologi flyback SMPS memerlukan tidak kurang. Komponen untuk julat kuasa tertentu jika dibandingkan dengan topologi SMPS lain. Ia boleh beroperasi untuk sumber AC atau DC tertentu. Sekiranya input diambil dari sumber AC, maka voltan output akan diperbaiki sepenuhnya. Di sini MOSFET digunakan sebagai SMPS.

Operasi topologi flyback SMPS sepenuhnya berdasarkan pada kedudukan suis iaitu, MOSFET.

Topik Flyback SMPS

Ia boleh beroperasi dalam mod berterusan atau dihentikan berdasarkan kedudukan suis atau FET. Pada model yang dihentikan, arus dalam belitan sekunder menjadi sifar sebelum suis dihidupkan. Dalam mod berterusan, arus di sekunder tidak menjadi sifar.

Apabila suis dimatikan, tenaga yang tersimpan dalam induktansi kebocoran pengubah mengalir melalui belitan utama dan diserap oleh litar pengapit input atau litar penghidup. Peranan litar snubber adalah melindungi suis dari voltan induktif yang tinggi. Akan berlaku pelesapan kuasa semasa peralihan ON dan OFF suis.

Reka Bentuk Transformer SMPS Flyback

Reka bentuk transformer flyback SMPS lebih popular daripada reka bentuk bekalan kuasa biasa kerana kos, kecekapan, dan reka bentuknya yang rendah. Ia mengasingkan belitan primer dan sekunder transformer untuk beberapa input yang diberikan dan memberikan voltan keluaran berganda, yang mungkin positif atau negatif.

Reka bentuk transformer flyback SMPS asas apabila suis dihidupkan dan dimatikan ditunjukkan di bawah. Ia juga digunakan sebagai penukar kuasa terpencil. Transformer flyback yang digunakan dalam reka bentuk mengandungi belitan primer dan sekunder, dipisahkan secara elektrik untuk mengelakkan gandingan sementara, gelung tanah, dan memberikan fleksibiliti.

Transformer Switch dihidupkan

Penggunaan reka bentuk transformer flyback SMPS mempunyai kelebihan berbanding reka bentuk transformer konvensional. Di sini arus tidak mengalir melalui belitan primer dan sekunder pada masa yang sama kerana fasa penggulungan akan terbalik seperti yang ditunjukkan pada rajah di atas.

Transformer Switch MATI

Ia menyimpan tenaga dalam bentuk medan magnet dalam belitan primer untuk sejumlah waktu dan berpindah ke belitan primer. Voltan beban output maksimum, julat operasi, julat voltan input dan output, keupayaan penghantaran kuasa, dan ciri-ciri kitaran flyback adalah parameter penting dalam reka bentuk transformer flyback SMPS.

Permohonan

The aplikasi penukar flyback adalah,

• Digunakan dalam set televisyen, dan komputer dengan kuasa rendah hingga 250W
• Digunakan dalam bekalan kuasa Stand by dalam komputer elektronik (mod suis kuasa rendah)
• Digunakan dalam telefon bimbit dan pengecas mudah alih
• Digunakan dalam bekalan voltan tinggi seperti televisyen, CRT, Laser, lampu suluh, dan alat salin, dll.
• Digunakan dalam pelbagai bekalan kuasa input-output
• Digunakan dalam litar pemacu pintu terpencil.

Oleh itu, ini semua berkaitan gambaran keseluruhan penukar flyback - reka bentuk, prinsip kerja, operasi, topologi, reka bentuk pengubah flyback SMPS, topologi, reka bentuk topologi SMPS, dan aplikasi. Berikut adalah pertanyaan untuk anda, ”Apa kelebihan flyback converter? '