Flyback pārveidotāja ķēde

Elektronikā regulators ir ierīce vai mehānisms, kas var pastāvīgi regulēt izejas jaudu. Strāvas padeves jomā ir pieejami dažādi regulatoru veidi. Bet galvenokārt līdzstrāvas līdz līdzstrāvas pārveidošanas gadījumā ir pieejami divu veidu regulatori: lineāri vai komutējoši.

Lineārs regulators regulē izeja, izmantojot pretestības sprieguma kritums. Pateicoties tam, lineārie regulatori nodrošina zemāku efektivitāti un zaudē enerģiju siltuma veidā. Pārslēgšanas regulators izmantošana induktors, diodes, un jaudas slēdzi pārsūtīšanas enerģiju no tās iztekas līdz izejas.

Komutācijas regulatora veidi

Ir pieejami trīs veidu komutācijas regulatori.

1. Paaugstināšanas pārveidotājs (Boost Regulator)

2. Samazināšanas pārveidotājs (Buck regulators)

3. Flyback pārveidotājs (izolēts regulators)

Mēs jau izskaidrojām Boost Regulator un Buck Regulator ķēdi. Šajā apmācībā mēs aprakstīsim Flyback Regulator ķēdi.

Starpība buks, un palielināt regulators ir, buks regulators izvietošana induktors, diožu un pārslēgšanas shēma atšķiras no boost regulatoru. Arī paaugstināšanas regulatora gadījumā izejas spriegums ir lielāks par ieejas spriegumu, bet spraugas regulatorā izejas spriegums būs mazāks par ieejas spriegumu. Buka topoloģija jeb buck pārveidotājs ir viena no visbiežāk izmantotajām pamata topoloģijām, kas tiek izmantota SMPS. Tā ir populāra izvēle, kur mums jāpārvērš lielāks spriegums uz mazāku izejas spriegumu.

Izņemot šos regulatorus, pastāv vēl viens regulators, kas ir populāra izvēle starp visiem dizaineriem, tas ir Flyback regulators vai Flyback pārveidotājs. Šī ir daudzpusīga topoloģija, kuru var izmantot, ja no viena izejas avota ir nepieciešami vairāki izejas. Ne tikai tas, ka flyback topoloģija ļauj dizaineram vienlaikus mainīt izejas polaritāti. Piemēram, mēs varam izveidot + 5V, + 9V un -9V izeju no viena pārveidotāja moduļa. Pārveidošanas efektivitāte abos gadījumos ir augsta.

Vēl viena Flyback pārveidotāja lieta ir elektriskā izolācija gan ieejā, gan izvadē. Kāpēc mums nepieciešama izolācija? Dažos īpašos gadījumos enerģijas trokšņa samazināšanai un ar drošību saistītām darbībām ir nepieciešama izolēta darbība, kur ieejas avots ir pilnībā izolēts no izejas avota. Izpētīsim vienreizējās izejas pamatskolas darbību

Flyback pārveidotāja shēmas darbība

Ja mēs redzam pamata izejas lidojuma dizainu, piemēram, zemāk redzamo attēlu, mēs identificēsim galvenos galvenos komponentus, kas nepieciešami, lai to izveidotu.

Pamata lidojuma pārveidotājam ir nepieciešams slēdzis, kas var būt FET vai tranzistors, transformators, izejas diode, kondensators.

Galvenais ir transformators. Pirms saprotam faktisko shēmas darbību, mums ir jāsaprot transformatora pareiza darbība.

Transformators sastāv no vismaz diviem induktoriem, kas pazīstami kā sekundārā un primārā spole, kas satīti spoles veidotājā ar starp tiem esošo serdi. Kodols nosaka plūsmas blīvumu, kas ir svarīgs parametrs elektriskās enerģijas pārnešanai no vienas tinuma uz otru. Vēl viena vissvarīgākā lieta ir transformatora fāzēšana, punkti, kas parādīti primārajā un sekundārajā tinumā.

Turklāt, kā mēs redzam, PWM signāls ir savienots pāri tranzistora slēdzim. Tas ir saistīts ar slēdža izslēgšanas un ieslēgšanas laika biežumu. PWM nozīmē pulsa platuma modulācijas tehniku.

Flyback regulatorā ir divas ķēdes darbības: viena ir ieslēgšanas fāze, kad transformatora primārais tinums ir uzlādēts, un otra ir izslēgta vai transformatora nodošanas fāze, kad elektriskā enerģija tiek pārnesta no primārā uz sekundāro un beidzot pie slodzes.

Ja mēs pieņemam, ka slēdzis jau ilgu laiku ir izslēgts, strāva ķēdē ir 0 un sprieguma nav.

Šajā situācijā, ja slēdzis ir ieslēgts, strāva palielināsies un induktors radīs sprieguma kritumu, kas ir punktu negatīvs, jo spriegums ir negatīvāks visā primārajā punktētajā galā. Šajā situācijā enerģija plūst uz sekundāro, pateicoties kodolā radītajai plūsmai. Sekundārajā spolē spriegums tiek izveidots vienā un tajā pašā polaritātē, bet spriegums ir tieši proporcionāls sekundārās un primārās spoles pagriezienu attiecībai. Punkta negatīvā sprieguma dēļ diode tiek izslēgta, un sekundārajā plūsmā netiks plūst. Ja kondensators tika uzlādēts iepriekšējā izslēgšanas-ieslēgšanas ciklā, izejas kondensators nodrošinās izejas strāvu tikai slodzei.

Jau nākamajā posmā, kad slēdzis ir izslēgts, strāvas plūsma pāri primārajam samazinās un tādējādi sekundārā punkta gals kļūst pozitīvāks. Tāpat kā iepriekšējā ieslēgšanas stadijā, primārā sprieguma polaritāte rada tādu pašu polaritāti arī sekundārajā, turpretī sekundārais spriegums ir proporcionāls primārā un sekundārā tinuma attiecībai. Punkta pozitīvā gala dēļ diode tiek ieslēgta, un transformatora sekundārais induktors nodrošina strāvu izejas kondensatoram un slodzi. Kondensatoram tika pazaudēta maksa ieslēgšanas ciklā, tagad tas atkal tiek uzpildīts un spēj nodrošināt uzlādes strāvu slodzei ieslēgšanas laikā.

Visā ieslēgšanas un izslēgšanas ciklā starp ieejas barošanu un izejas barošanas avotu nav elektrisko savienojumu. Tādējādi transformators izolē ieeju un izeju.

Atkarībā no ieslēgšanas un izslēgšanas laika ir divi darbības režīmi. Flyback pārveidotājs var darboties nepārtrauktā vai nepārtrauktā režīmā.

Jo nepārtrauktā režīmā, pirms primārās maksas, strāva iet uz nulli, cikla atkārtojiet. No otras puses, nepārtrauktā režīmā nākamais cikls sākas tikai tad, kad primārā induktora strāva iet uz nulli.

Efektivitāte

Tagad, ja mēs izpētīsim efektivitāti, kas ir izejas un ievades jaudas attiecība:

(Pout / Pin) x 100%

Tā kā enerģiju nevar radīt vai iznīcināt, to var pārveidot, lielākā daļa elektrisko enerģiju zaudē neizmantotās enerģijas siltumā. Arī praktiskajā jomā nav ideālas situācijas. Efektivitāte ir liels faktors sprieguma regulatoru izvēlei.

Viens no galvenajiem komutācijas regulatora jaudas zuduma faktoriem ir diode. Sprieguma kritums uz priekšu, reizināts ar strāvu (Vf xi), ir neizmantotā jauda, kas tiek pārveidota par siltumu un samazina komutācijas regulatora ķēdes efektivitāti. Turklāt tās ir papildu izmaksas ķēdēm par siltuma / siltuma vadības tehniku, piemēram, radiatora izmantošanu vai ventilatoriem, lai atdzesētu ķēdi no izkliedētā siltuma. Ne tikai sprieguma kritums uz priekšu, silīcija diodu reversā atgūšana rada arī nevajadzīgus jaudas zudumus un samazina kopējo efektivitāti.

Viens no labākajiem veidiem, kā izvairīties no standarta atkopšanas diodes, ir izmantot Schottky diodes, kurām ir zems sprieguma kritums uz priekšu un labāka reversā atkopšana. Citā aspektā slēdzis ir mainīts uz modernu MOSFET dizainu, kur efektivitāti uzlabo kompakts un mazāks iepakojums.

Neskatoties uz to, ka komutācijas regulatoriem ir augstāka efektivitāte, stacionāra dizaina tehnika, mazāka sastāvdaļa, tie ir trokšņaini nekā lineārais regulators, tomēr tie ir plaši populāri.

Flyback Converter dizaina piemērs, izmantojot LM5160

Mēs izmantotu Texas Instruments flyback topoloģiju. Shēma var būt pieejama datu lapā.

LM5160 veido šādas funkcijas-

Plašs ieejas sprieguma diapazons no 4,5 V līdz 65 V
Integrēti augsto un zemo slēdži
- Nav nepieciešams ārējs Schottky diode
2-A maksimālā slodzes strāva
Adaptīva pastāvīga kontrole laikā
- Nav ārējās cilpas kompensācijas
- Ātra pārejoša reakcija
Atlasāma piespiedu PWM vai DCM darbība
- FPWM atbalsta daudzizvades Fly-Buck
Gandrīz nemainīgs komutācijas biežums
- Rezistors Pielāgojams līdz 1 MHz
Programmas sākuma sākuma laiks
Aizspriedumains iesācējs
± 1% atgriezeniskās saites sprieguma atsauce
LM5160A pieļauj ārēju VCC novirzi
Raksturīgās aizsardzības funkcijas izturīgai konstrukcijai
- Peak strāvas ierobežojošā aizsardzība
- Regulējama ieejas UVLO un histerēze
- VCC un Gate Drive UVLO aizsardzība
- Termiskās izslēgšanās aizsardzība ar histerēzi
Izveidojiet pielāgotu dizainu, izmantojot LM5160A ar WEBENCH® Power Designer

Tas atbalsta plašu ieejas sprieguma diapazonu no 4,5 V līdz 70 V kā ieeju un nodrošina 2A izejas strāvu. Mēs varam izvēlēties arī piespiedu PWM vai DCM darbības.

LM5160 pinout

IC nav pieejams DIP paketē vai viegli lodējamā versijā, lai gan tā ir problēma, taču IC ietaupa daudz vietas PCB, kā arī lielāku siltuma veiktspēju salīdzinājumā ar PCB radiatoru. Piespraudes diagramma ir parādīta iepriekš redzamajā attēlā.

Absolūtais maksimālais vērtējums

Mums jābūt uzmanīgiem attiecībā uz IC absolūto maksimālo vērtējumu.

SS un FB tapai ir zema sprieguma pielaide.

Flyback Converter shēmas diagramma un darbība

Izmantojot šo LM5160, mēs imitēsim 12 V izolētu barošanas avotu, pamatojoties uz šādām specifikācijām. Mēs izvēlējāmies ķēdi, jo viss ir pieejams ražotāja vietnē.

Shēma izmanto daudz komponentu, taču to nav grūti saprast. C6, C7 un C8 uz ieejas tiek izmantoti ieejas padeves filtrēšanai. Tā kā R6 un R10 tiek izmantoti ar zemsprieguma bloķēšanu saistītiem mērķiem. R7 rezistors ir paredzēts ar laiku saistītam mērķim. Šo tapu var programmēt, izmantojot vienkāršu rezistoru. C13 kondensators, kas savienots pāri SS tapai, ir mīksta starta kondensators. AGND (Analog Ground) un PGND (Power Ground) un PAD ir savienoti ar GND padevi. Labajā pusē C5, 0,01 uF kondensators ir Bootstrap kondensators, ko izmanto vārtu draivera slīpēšanai. R4, C4 un C9 ir pulsācijas filtrs, kur kā R8 un R9 nodrošina atgriezeniskās saites spriegumu LM5160 atgriezeniskās saites tapai. Šī divu rezistoru attiecība nosaka izejas spriegumu. C10 un C11 izmanto primārai neizolētai izejas filtrēšanai.

Galvenā sastāvdaļa ir T1. Tas ir savienots induktors ar 60uH induktoru abās pusēs, primārajā un sekundārajā. Mēs varam izvēlēties jebkuru citu savienotu induktoru vai sepisko induktoru ar šādu specifikāciju-

Pagriezienu attiecība: SEC: PRI = 1,5: 1
Induktivitāte = 60uH
Piesātinājuma strāva = 840mA
Līdzstrāvas pretestība Pamata = 0,071 omi
DC pretestība SECONDARY = 0,211 omi
Frekvence = 150 kHz

C3 izmanto EMI stabilitātei. D1 ir priekšējais diods, kas pārveido izeju, un C1, C2 ir filtra vāciņi, R2 ir minimālā slodze, kas nepieciešama startēšanai.

Tiem, kas vēlas veikt barošanu pēc pasūtījuma un vēlas aprēķināt vērtību, ražotājs nodrošina lielisku Excel rīku, kurā vienkārši ievietojiet datus, un Excel aprēķinās komponentu vērtību atkarībā no datu lapā sniegtajām formulām.

Ražotājs ir piegādājis arī garšvielu modeli, kā arī pilnīgu shēmu, kuru var simulēt, izmantojot Texas Instrument pašu SPICE balstītu simulācijas rīku TINA-TI. Zemāk ir shēma, kas izgatavota, izmantojot TINA-TI rīku, ko nodrošina ražotājs.

Simulācijas rezultātu var parādīt nākamajā attēlā, kur var parādīt perfektu slodzes strāvu un spriegumu-