Circuit convertor Flyback

În electronică, un regulator este un dispozitiv sau mecanism care poate regla puterea constantă. Există diferite tipuri de regulatoare disponibile în domeniul sursei de alimentare. Dar, în principal, în cazul conversiei CC la CC, există două tipuri de regulatoare disponibile: Liniar sau Comutator.

Un regulator liniar reglează ieșirea folosind o cădere de tensiune rezistivă. Datorită acestui fapt, regulatoarele liniare asigură o eficiență mai mică și pierd puterea sub formă de căldură. Regulator în comutație de utilizare inductor, diode, și un comutator de alimentare pentru transferul de energie de la sursa la ieșire.

Tipuri de regulator de comutare

Există trei tipuri de regulatoare de comutare disponibile.

1. Convertor pas cu pas (Boost Regulator)

2. Convertor pas cu pas (regulator Buck)

3. Convertor Flyback (regulator izolat)

Am explicat deja circuitul Boost Regulator și Buck Regulator. În acest tutorial, vom descrie circuitul regulatorului Flyback.

Diferența dintre regulatorul de dolar și impuls este, în autoritatea de reglementare Buck plasarea de inductor, dioda și circuitul de comutare este diferit de regulatorul de impuls. De asemenea, în cazul regulatorului de tensiune, tensiunea de ieșire este mai mare decât tensiunea de intrare, dar în regulatorul Buck, tensiunea de ieșire va fi mai mică decât tensiunea de intrare. O topologie buck sau un convertor buck este una dintre cele mai utilizate topologii de bază utilizate în SMPS. Este o alegere populară în care trebuie să convertim o tensiune mai mare la o tensiune de ieșire mai mică.

În afară de aceste regulatoare, există un alt regulator care este o alegere populară printre toți proiectanții, care este regulatorul Flyback sau convertorul Flyback. Aceasta este o topologie versatilă care poate fi utilizată în cazul în care sunt necesare mai multe ieșiri dintr-o singură sursă de ieșire. Nu numai asta, o topologie flyback permite proiectantului să schimbe polaritatea ieșirii în același timp. De exemplu, putem crea ieșiri + 5V, + 9V și -9V dintr-un singur modul convertor. Eficiența conversiei este ridicată în ambele cazuri.

Un alt lucru în convertorul Flyback este izolarea electrică atât în ​​intrare, cât și în ieșire. De ce avem nevoie de izolare? În unele cazuri speciale, pentru minimizarea zgomotului de putere și a operațiunilor legate de siguranță, avem nevoie de o operație izolată, în care sursa de intrare este complet izolată de sursa de ieșire. Să explorăm operația de bază flyback cu o singură ieșire.

Funcționarea în circuit a convertorului Flyback

Dacă vedem designul de bază cu o singură ieșire flyback, ca imaginea de mai jos, vom identifica componentele principale de bază care sunt necesare pentru a construi unul.

Un convertor de bază flyback necesită un comutator, care poate fi un FET sau un tranzistor, un transformator, o diodă de ieșire, un condensator.

Principalul lucru este transformatorul. Trebuie să înțelegem funcționarea corectă a unui transformator înainte de a înțelege funcționarea reală a circuitelor.

Transformatorul este format din minimum doi inductori, cunoscuți sub numele de bobină secundară și primară, înfășurat într-o formă de bobină cu un miez între. Miezul determină densitatea fluxului, care este un parametru important pentru transferul energiei electrice de la o înfășurare la alta. Un alt lucru cel mai important este fazarea transformatorului, punctele prezentate în înfășurarea primară și secundară.

De asemenea, după cum putem vedea, un semnal PWM este conectat pe întrerupătorul tranzistorului. Se datorează frecvenței de oprire și timp de pornire a comutatorului. PWM înseamnă tehnica de modulare a lățimii impulsurilor.

În regulatorul Flyback, există două funcționări de circuite, una este faza de pornire la înfășurarea primară a transformatorului încărcată, iar alta este oprire sau faza de transfer a transformatorului atunci când energia electrică este transferată de la primar la secundar și în cele din urmă la încărcătură.

Dacă presupunem că întrerupătorul a fost oprit pentru o lungă perioadă de timp, curentul din circuit este 0 și nu există tensiune.

În această situație, dacă comutatorul este pornit, curentul va crește și inductorul va crea o cădere de tensiune, care este negativă la punct, deoarece tensiunea este mai negativă la capătul punctat primar. În această situație, energia curge către secundar din cauza fluxului generat în miez. Pe bobina secundară, se creează o tensiune în aceeași polaritate, dar tensiunea este direct proporțională cu raportul rotirilor bobinei secundare la primare. Datorită tensiunii negative a punctului, dioda se oprește și nu va circula curent în secundar. Dacă condensatorul a fost încărcat în ciclul precedent de comutare-oprire, condensatorul de ieșire va furniza curentul de ieșire numai sarcinii.

În etapa următoare, când comutatorul este oprit, fluxul de curent din primar scade și, astfel, punctul secundar final este mai pozitiv. La fel ca etapa de pornire precedentă, polaritatea tensiunii primare creează aceeași polaritate și pe secundar, în timp ce tensiunea secundară este proporțională cu raportul de înfășurare primar și secundar. Datorită capătului pozitiv punct, dioda este pornită și inductorul secundar al transformatorului furnizează curent condensatorului de ieșire și sarcinii. Condensatorul a pierdut sarcina în ciclul PORNIT, acum este reumplut din nou și capabil să furnizeze curent de încărcare sarcinii în timpul timpului de pornire.

În întregul ciclu de pornire și oprire, nu au existat conexiuni electrice între sursa de alimentare de intrare la sursa de alimentare de ieșire. Astfel, transformatorul izolează intrarea și ieșirea.

Există două moduri de funcționare în funcție de sincronizarea pornirii și opririi. Convertorul Flyback poate funcționa în modul continuu sau discontinuu.

În modul continuu, înainte de încărcarea primară, curentul merge la zero, repetarea ciclului. Pe de altă parte, în modul discontinuu, următorul ciclu începe doar când curentul inductor primar merge la zero.

Eficienţă

Acum, dacă investigăm eficiența, care este raportul dintre ieșire și putere de intrare:

(Pout / Pin) x 100%

Deoarece energia nu poate fi creată sau distrusă, ea poate fi convertită doar, majoritatea energiilor electrice pierd puterile neutilizate în căldură. De asemenea, nu există o situație ideală în domeniul practic. Eficiența este un factor important pentru selectarea regulatoarelor de tensiune.

Unul dintre principalii factori de pierdere de putere pentru un regulator de comutare este dioda. Scăderea tensiunii directe înmulțită cu curent (Vf xi) este puterea neutilizată care este convertită în căldură și reduce eficiența circuitului regulatorului de comutare. De asemenea, este costul suplimentar al circuitelor pentru tehnica de gestionare a căldurii / căldurii, cum ar fi utilizarea unui radiator sau a ventilatoarelor pentru răcirea circuitelor de căldură disipată. Nu numai căderea de tensiune directă, recuperarea inversă pentru diodele de siliciu produc, de asemenea, pierderi inutile de energie și reducerea eficienței generale.

Una dintre cele mai bune modalități de a evita o diodă de recuperare standard este de a utiliza diode Schottky care au o cădere redusă de tensiune înainte și o recuperare inversă mai bună. Într-un alt aspect, comutatorul a fost schimbat în designul MOSFET modern, unde eficiența este îmbunătățită într-un pachet compact și mai mic.

În ciuda faptului că regulatoarele de comutare au o eficiență mai mare, o tehnică de proiectare staționară, o componentă mai mică, acestea sunt zgomotoase decât un regulator liniar, dar totuși sunt foarte populare.

Exemplu de proiectare a convertorului Flyback utilizând LM5160

Am folosi o topologie flyback de la Texas Instruments. Circuitul poate fi disponibil în fișa tehnică.

LM5160 constă următoarea Caracteristici -

• Gama largă de tensiune de intrare de la 4.5V la 65V
• Întrerupătoare integrate în partea superioară și în partea inferioară
  • Nu este necesară o diodă Schottky externă
• 2-A Curent maxim de încărcare
• Control adaptiv constant la timp
  • Fără compensare buclă externă
  • Răspuns tranzitoriu rapid
• Funcționare PWM forțată sau DCM selectabilă
  • FPWM acceptă Fly-Buck multi-output
• Frecvență de comutare aproape constantă
  • Rezistor reglabil până la 1 MHz
• Program Program Start Time
• Pornire anticipată
• ± 1% referință de tensiune de feedback
• LM5160A Permite părtinire VCC externă
• Caracteristici de protecție inerente pentru un design robust
  • Protecție de limitare a curentului de vârf
  • Intrare reglabilă UVLO și histerezis
  • Protecție UVLO VCC și Gate Drive
  • Protecție la oprire termică cu histerezis
• Creați un design personalizat utilizând LM5160A cu WEBENCH® Power Designer

Suportă o gamă largă de tensiune de intrare de la 4,5V la 70V ca intrare și oferă 2A de curent de ieșire. De asemenea, putem selecta operațiile forțate PWM sau DCM.

Pinout LM5160

IC nu este disponibil la pachetul DIP sau la o versiune ușor de sudat, deși este o problemă, dar IC economisește mult spațiu PCB, precum și o performanță termică mai mare la radiator. Diagrama pin este prezentată în imaginea de mai sus.

Evaluări maxime absolute

Trebuie să fim atenți la evaluarea maximă absolută a CI.

Pinul SS și FB are toleranță de tensiune scăzută.

Schema circuitului convertorului Flyback și funcționarea

Prin utilizarea acestui LM5160 vom simula o sursă de alimentare izolată de 12V pe baza următoarelor specificații. Am ales circuitul deoarece totul este disponibil pe site-ul producătorului.

Schema folosește o mulțime de componente, dar nu este complicat de înțeles. C6, C7 și C8 de pe intrare sunt utilizate pentru filtrarea sursei de intrare. În timp ce R6 și R10 sunt utilizate în scopuri legate de blocarea sub tensiune. Rezistorul R7 are un scop legat de timp. Acest pin este programabil folosind un rezistor simplu. Condensatorul C13 conectat pe pinul SS este un condensator de pornire soft. AGND (Analog Ground) și PGND (Power Ground) și PAD sunt conectate la sursa GND. În partea dreaptă, condensatorul C5, 0,01 uF este un condensator Bootstrap care este utilizat pentru polarizarea driverului de poartă. R4, C4 și C9 sunt filtrul de ondulare unde R8 și R9 furnizează tensiunea de feedback la pinul de feedback al LM5160. Această rație de două rezistențe determină tensiunea de ieșire. C10 și C11 sunt utilizate pentru filtrarea primară neizolată a ieșirii.

O componentă majoră este T1. Este un inductor cuplat cu un inductor de 60uH pe ambele părți, primar și secundar. Putem alege orice alt inductor cuplat sau inductor sepic cu următoarele specificații-

1. Raportul de rotații SEC: PRI = 1,5: 1
2. Inductanță = 60uH
3. Curent de saturație = 840mA
4. Rezistență DC PRIMARĂ = 0,071 Ohmi
5. Rezistență DC SECUNDARĂ = 0,211 Ohmi
6. Frecvență = 150 kHz

C3 este utilizat pentru stabilitatea EMI. D1 este dioda directă care convertește ieșirea și C1, C2 sunt capacele filtrului, R2 este sarcina minimă necesară pentru pornire.

Cei care doresc să furnizeze sursa de alimentare pentru specificații personalizate și doresc să calculeze valoarea, producătorul oferă un instrument Excel excelent, în care pur și simplu puneți datele, iar Excel va calcula valoarea componentelor în funcție de formulele furnizate în foaia tehnică.

Producătorul a furnizat, de asemenea, modelul de condimente, precum și o schemă completă care poate fi simulată folosind propriul instrument de simulare bazat pe SPICE TINA-TI al Texas Instrument. Mai jos este schema desenată folosind instrumentul TINA-TI furnizat de producător.

Rezultatul simulării poate fi afișat în următoarea imagine unde pot fi afișate curentul și tensiunea perfectă de sarcină-