Der Flyback-Wandler ist wie das Schaltnetzteil der letzten 70 Jahre für jede Art von Umwandlung wie Wechselstrom in Gleichstrom und Gleichstrom in Gleichstrom ausgelegt. Das Design des Flybacks bot den Vorteil, den Fernseher für die Kommunikation in den frühesten 1930er bis 1940er Jahren zu entwickeln. Es wird ein nichtlineares Schaltversorgungskonzept verwendet. Das Flyback-Transformator speichert magnetische Energie und wirkt als Induktor im Vergleich zu einem Non-Flyback-Design. In diesem Artikel geht es um die Funktionsweise des Flyback-Konverters und seine Topologie.
Was ist ein Flyback-Konverter?
Flyback-Wandler sind als Stromrichter definiert, die Wechselstrom in Gleichstrom mit galvanischer Trennung zwischen den Ein- und Ausgängen umwandeln. Es speichert die Energie, wenn der Strom durch den Stromkreis fließt, und gibt die Energie ab, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. Es verwendet eine miteinander gekoppelte Induktivität und fungiert als isolierter Schaltwandler für Abwärts- oder Aufwärtsspannungswandler.
Es kann die mehreren Ausgangsspannungen mit einem weiten Bereich von Eingangsspannungen steuern und regeln. Das Komponenten Für den Entwurf eines Sperrwandlers sind im Vergleich zu anderen Schaltnetzteilen nur wenige erforderlich. Das Wort Flyback wird als Ein / Aus-Aktion des im Entwurf verwendeten Schalters bezeichnet.
Flyback Converter Design
Das Flyback-Konverter-Design ist sehr einfach und enthält elektrische Bauteile wie ein Rücklauftransformator, ein Schalter, ein Gleichrichter, ein Filter und ein Steuergerät, um den Schalter anzusteuern und eine Regelung zu erreichen.
Der Schalter dient zum Ein- und Ausschalten des Primärkreises, wodurch der Transformator magnetisiert oder entmagnetisiert werden kann. Das PWM-Signal von der Steuerung steuert den Betrieb des Schalters. In den meisten Flyback-Transformator-Designs wird ein FET oder MOSFET oder ein Basistransistor als Schalter verwendet.
Flyback Converter Design
Der Gleichrichter richtet die Spannung der Sekundärwicklung gleich, um einen pulsierenden Gleichstromausgang zu erhalten, und trennt die Last von der Sekundärwicklung des Transformators. Der Kondensator filtert die Ausgangsspannung des Gleichrichters und erhöht den DC-Ausgangspegel gemäß der gewünschten Anwendung.
Der Flyback-Transformator wird als Induktor zum Speichern der magnetischen Energie verwendet. Es ist als zwei gekoppelter Induktor ausgelegt, der als Primär- und Sekundärwicklung fungiert. Es arbeitet bei hohen Frequenzen von fast 50 kHz.
Konstruktionsberechnungen
Es ist notwendig, die zu berücksichtigen Berechnungen des Flyback-Konverter-Designs des Windungsverhältnisses, des Arbeitszyklus und der Ströme der Primär- und Sekundärwicklungen. Denn das Windungsverhältnis kann den durch die Primär- und Sekundärwicklung fließenden Strom sowie das Tastverhältnis beeinflussen. Wenn das Windungsverhältnis hoch ist, wird auch das Tastverhältnis hoch und der Strom, der durch die Primär- und Sekundärwicklung fließt, nimmt ab.
Da es sich bei dem in der Schaltung verwendeten Transformator um einen benutzerdefinierten Typ handelt, ist es heutzutage nicht möglich, einen perfekten Transformator mit einem Windungsverhältnis zu erhalten. Durch Auswahl des Transformators mit den gewünschten Nennwerten und näher an den erforderlichen Nennwerten kann daher der Unterschied zwischen Spannung und Ausgang ausgeglichen werden.
Die anderen Parameter wie Kernmaterial, Auswirkung des Luftspalts und Polarisation sollten von den Ingenieuren berücksichtigt werden.
Die Berechnungen des Flyback-Wandlerdesigns unter Berücksichtigung der Schalterposition werden unten diskutiert.
Wenn der Schalter eingeschaltet ist
Vin - VL - Vs = 0
Im Idealfall ist Vs = 0 (Spannungsabfall)
Dann Vin - VL = 0
VL = Lp di / dt
di = (VL / Lp) x dt
Schon seit VL = Vin
di = (Vin / Lp) x dt
Durch die Anwendung der Integration auf beiden Seiten erhalten wir:
Strom an der Primärwicklung ist
Ipri = (Vin. / Lp) Tonne
Die in der Primärwicklung gespeicherte Gesamtenergie beträgt:
Epri = ½ IprizweiX Lp
Wobei Vin = Eingangsspannung
Lp = Induktivität der Primärwicklung oder Primärinduktivität.
Tonne = Zeitraum, in dem der Schalter eingeschaltet ist
Wenn der Schalter ausgeschaltet ist
VL (sekundär) - VD - Tresor = 0
Der Diodenspannungsabfall ist im Idealfall Null
VL (sekundär) - Vout = 0
VL (sekundär) = Vout
VL = Ls di / dt
di = (VL sekundär / Ls) / dt
Da VL sekundär = Vout
Daher,
di = Vout / Ls) X dt
Durch die Anwendung der Integration erhalten wir
Isec = (Vsec / Ls) (T - Tonne)
Die übertragene Gesamtenergie wird ausgedrückt als
Esec = ½ [(Vsec / Ls). (T - Ton)]zwei. Ls
Wobei Vsec = Spannung in der Sekundärwicklung = Gesamtausgangsspannung an der Last
Ls = Induktivität der Sekundärwicklung
T = pwm Signalperiode
Ton = Einschaltzeit
Betrieb des Flyback-Konverters / Funktionsprinzip
Die Funktionsweise des Rücklaufwandlers ist aus dem obigen Diagramm ersichtlich. Das Arbeitsprinzip basiert auf dem SMPS-Modus (Switch Mode Power Supply).
Wenn sich der Schalter in der Position ON befindet, findet keine Energieübertragung zwischen dem Eingang und der Last statt. Die Gesamtenergie wird in der Primärwicklung des Stromkreises gespeichert. Hier ist die Drain-Spannung Vd = 0 und der Strom Ip fließt durch die Primärwicklung. Die Energie wird in Form der magnetischen Induktivität des Transformators gespeichert und der Strom steigt mit der Zeit linear an. Dann wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und es fließt kein Strom zur Sekundärwicklung des Transformators, und die Gesamtenergie wird in dem am Ausgang verwendeten Kondensator gespeichert.
Wenn sich der Schalter in der AUS-Position befindet, wird die Energie durch Ändern der Polarität der Transformatorwicklungen aufgrund des Magnetfelds auf die Last übertragen, und die Gleichrichterschaltung beginnt mit dem Gleichrichten der Spannung. Die Gesamtenergie im Kern wird auf die Last übertragen, gleichgerichtet und der Prozess fortgesetzt, bis die Energie im Kern aufgebraucht ist oder bis der Schalter eingeschaltet wird.
Flyback-Konverter-Topologie
Die Flyback-Konvertertopologie ist ein anpassungsfähiges, flexibles, einfaches, meist verwendetes SMPS-Design (Switch Mode Power Supply) mit guten Leistungseigenschaften, das vielen Anwendungen einen Vorteil bietet.
Die Leistungsmerkmale der Flyback-Wandlertopologie sind nachstehend aufgeführt.
Flyback-Topologie
Die obigen Wellenformen zeigen die plötzlichen Übergänge und Umkehrströme der Primär- und Sekundärwicklung des Rücklauftransformators. Die Ausgangsspannung wird durch Einstellen der Ein / Aus-Aktionen des Arbeitszyklus der Primärwicklung geregelt. Wir können den Ein- und Ausgang durch Verwendung der Rückkopplung oder durch Verwendung einer zusätzlichen Wicklung am Transformator isolieren
Flyback-Topologie SMPS
Die SMPS-Diagramme der Flyback-Topologie sind unten dargestellt.
Das SMPS-Design der Flyback-Topologie erfordert weniger Nein. Von Komponenten für einen bestimmten Leistungsbereich im Vergleich zu anderen SMPS-Topologien. Es kann für eine bestimmte AC- oder DC-Quelle betrieben werden. Wenn der Eingang von der Wechselstromquelle stammt, wird die Ausgangsspannung vollständig gleichgerichtet. Hier wird MOSFET als SMPS verwendet.
Der Betrieb der SMPS-Flyback-Topologie basiert vollständig auf der Position des Schalters, dh des MOSFET.
Flyback-Topologie SMPS
Es kann je nach Position des Schalters oder des FET in einem kontinuierlichen oder unterbrochenen Modus betrieben werden. Im Auslaufmodell wird der Strom in der Sekundärwicklung Null, bevor der Schalter eingeschaltet wird. Im kontinuierlichen Modus wird der Strom in der Sekundärseite nicht Null.
Wenn der Schalter ausgeschaltet wird, fließt die in der Streuinduktivität des Transformators gespeicherte Energie durch die Primärwicklung und wird von der Eingangsklemmschaltung oder der Dämpfungsschaltung absorbiert. Die Aufgabe der Dämpfungsschaltung besteht darin, den Schalter vor hohen induktiven Spannungen zu schützen. Während der EIN- und AUS-Übergänge des Schalters tritt eine Verlustleistung auf.
SMPS Flyback Transformer Design
Das Design von SMPS-Rücklauftransformatoren ist aufgrund seiner geringen Kosten, Effizienz und einfachen Konstruktion beliebter als normale Netzteilkonstruktionen. Es isoliert die Primär- und Sekundärwicklung des Transformators für gegebene mehrere Eingänge und liefert mehrere Ausgangsspannungen, die positiv oder negativ sein können.
Das grundlegende Design des SMPS-Rücklauftransformators beim Ein- und Ausschalten des Schalters ist unten dargestellt. Es wird auch als isolierter Stromrichter verwendet. Der in der Konstruktion verwendete Flyback-Transformator enthält eine Primär- und eine Sekundärwicklung, die elektrisch getrennt sind, um eine vorübergehende Kopplung und Erdschleifen zu vermeiden, und Flexibilität bietet.
Der Transformatorschalter ist eingeschaltet
Die Verwendung des SMPS-Flyback-Transformator-Designs hat einen Vorteil gegenüber dem herkömmlichen Transformator-Design. Hier fließt der Strom nicht gleichzeitig durch die Primär- und Sekundärwicklung, da die Phase der Wicklung umgekehrt wird, wie in der obigen Abbildung gezeigt.
Transformatorschalter ist AUS
Es speichert die Energie in Form des Magnetfeldes für eine bestimmte Zeit in der Primärwicklung und überträgt sie auf die Primärwicklung. Die maximale Ausgangslastspannung, die Betriebsbereiche, die Eingangs- und Ausgangsspannungsbereiche, die Leistungsabgabefähigkeit und die Eigenschaften der Rücklaufzyklen sind die wichtigen Parameter bei der Konstruktion des SMPS-Rücklauftransformators.
Anwendungen
Das Flyback-Konverter-Anwendungen sind,
- Wird in Fernsehgeräten und PCs mit einer geringen Leistung von bis zu 250 W verwendet
- Wird in Standby-Netzteilen in elektronischen PCs verwendet (Low Power Switch-Modus).
- Wird in Mobiltelefonen und Ladegeräten verwendet
- Wird in Hochspannungsversorgungen wie Fernsehgeräten, CRTs, Lasern, Taschenlampen und Kopiergeräten usw. verwendet.
- Wird in mehreren Eingangs- / Ausgangsnetzteilen verwendet
- Wird in isolierten Gate-Ansteuerschaltungen verwendet.
Das ist also alles über eine Übersicht über den Flyback-Konverter - Design, Funktionsprinzip, Betrieb, Topologie, SMPS-Flyback-Transformator-Design, Topologie, SMPS-Topologie-Design und Anwendungen. Hier ist eine Frage an Sie: „Was sind die Vorteile des Flyback-Konverters? „
