Vad är en Flyback Converter: Design & Its Working

Flyback-omvandlaren är designad som strömförsörjning för switchläge från de senaste 70 åren för att utföra alla typer av omvandlingar som AC till DC och DC till DC. Utformningen av flyback gav fördelen att utveckla TV: n för kommunikation under de tidigaste 1930-40-talen. Den använder ett icke-linjärt koncept för växlingstillförsel. De flyback-transformator lagrar magnetisk energi och fungerar som en induktor jämfört med en icke-flyback-design. Den här artikeln handlar om att flyback-omvandlaren fungerar och dess topologi.

Vad är en Flyback Converter?

Flyback-omvandlare definieras som effektomvandlare som omvandlar växelström till likström med galvanisk isolering mellan ingångarna och utgångarna. Den lagrar energin när strömmen flyter genom kretsen och frigör energin när strömmen tas bort. Den använde en ömsesidigt kopplad induktor och fungerar som en isolerad omkopplingsomvandlare för trappsteg eller steg-upp spänningstransformatorer.

Den kan styra och reglera flera utspänningar med ett brett spektrum av ingångsspänningar. De komponenter krävs för att utforma en flyback-omvandlare är några jämfört med andra strömförsörjningskretsar för kopplingsläge. Ordet flyback kallas på / av-åtgärden för strömbrytaren som används i konstruktionen.

Flyback Converter Design

Flyback-omvandlarens design är mycket enkel och innehåller elektriska komponenter som en flyback-transformator, omkopplare, likriktare, filter och en styrenhet för att driva strömbrytaren och uppnå reglering.

Omkopplaren används för att PÅ och AV den primära kretsen, som kan magnetisera eller demagnetisera transformatorn. PWM-signalen från styrenheten styr omkopplarens funktion. I de flesta av flyback-transformatorkonstruktionerna används FET eller MOSFET eller en bastransistor som omkopplare.

Flyback Converter Design

Likriktare korrigerar spänningen i sekundärlindningen för att få pulserande likströmsutgång och kopplar bort belastningen från transformatorns sekundärlindning. Kondensatorn filtrerar likriktarens utspänning och ökar DC-utgångsnivån enligt önskad applikation.

Flyback-transformatorn används som en induktor för att lagra den magnetiska energin. Den är utformad som en tvåkopplad induktor, som fungerar som primär- och sekundärlindning. Den fungerar vid höga frekvenser på nästan 50 KHz.

Designberäkningar

Det är nödvändigt att överväga flyback-omvandlare design beräkningar av svängningsförhållandet, arbetscykeln och strömmarna för primära och sekundära lindningar. Eftersom varvförhållandet kan påverka strömmen som flyter genom primär- och sekundärlindningen och även arbetscykeln. När svängningsförhållandet är högt blir arbetscykeln också hög och strömmen som passerar genom primär- och sekundärlindningen minskar.

Eftersom transformatorn som används i kretsen är en anpassad typ är det inte möjligt att få en perfekt transformator med ett varvförhållande dessa dagar. Därför kan genom att välja transformatorn med önskade värden och närmare de erforderliga värdena kompensera för skillnaden i spänning och utgång.

De andra parametrarna som kärnmaterial, effekten av luftspalten och polarisering bör beaktas av ingenjörerna.

Flyback-omvandlarens designberäkningar genom att beakta omkopplarpositionen diskuteras nedan.

När strömbrytaren är PÅ

Vin - VL - Vs = 0

I perfekt skick, Vs = 0 (spänningsfall)

Sedan Vin - VL = 0

VL = Lp di / dt

di = (VL / Lp) x dt

Eftersom VL = Vin

di = (Vin / Lp) x dt

Genom att tillämpa integration på båda sidor får vi,

Ström vid primärlindningen är

Ipri = (Vin. / Lp) Ton

Den totala energin som lagras i primärlindningen är,

Epri = ½ Ipri^tvåX Lp

Där Vin = ingångsspänning

Lp = induktans för primärlindning eller primär induktans.

Ton = period när strömbrytaren är PÅ

När strömbrytaren är AV

VL (sekundär) - VD - Vault = 0

Diodspänningsfallet är noll vid ett idealiskt tillstånd

VL (sekundär) - Vout = 0

VL (sekundär) = Vout

VL = Ls di / dt

di = (VL sekundär / Ls) / dt

Sedan VL sekundär = Vout

Därmed,

di = Vout / Ls) X dt

Genom att tillämpa integration får vi

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

Den totala överförda energin uttrycks som

Esec = ½ [(Vsec / Ls). (T - ton)]^två. Ls

Där Vsec = spänning i sekundärlindningen = total utspänning vid belastningen

Ls = induktans för sekundärlindningen

T = pwm-signalperiod

Ton = slå PÅ-tid

Användning av Flyback-omvandlare / arbetsprincip

Funktionen för flyback-omvandlaren kan förstås från ovanstående diagram. Arbetsprincipen är baserad på SMPS-läge (switch mode power supply).

När omkopplaren är i PÅ-läge sker ingen energiöverföring mellan ingången och belastningen. Den totala energin kommer att lagras i kretsens primära lindning. Här dräneras spänningen Vd = 0 och strömmen Ip passerar genom primärlindningen. Energin lagras i form av transformatorns magnetiska induktans och strömmen ökar med tiden linjärt. Då blir dioden förspänd och ingen ström flyter till transformatorns sekundärlindning och den totala energin lagras i kondensatorn som används vid utgången.

När omkopplaren är i OFF-läge överförs energin till belastningen genom att ändra transformatorlindningarna på grund av magnetfältet och likriktarkretsen börjar korrigera spänningen. Den totala energin i kärnan kommer att överföras till lasten kommer att rättas till och processen fortsätter tills energin i kärnan är uttömd eller tills strömbrytaren slås PÅ.

Flyback Converter Topology

Flyback-omvandlarens topologi är anpassningsbar, flexibel, enkel, mest använda SMPS (switch mode power supply) design med bra prestandaegenskaper som ger en fördel för många applikationer.
Prestandaegenskaperna för flyback-omvandlarens topologi visas nedan.

Flyback-topologi

Ovanstående vågformer visar de plötsliga övergångarna och reverseringsströmmarna för den primära och sekundära lindningen av återgångstransformatorn. Utgångsspänningen regleras genom att justera på / av-åtgärderna för primärlindningens arbetscykel. Vi kan isolera in- och utgången med hjälp av återkopplingen eller genom att använda en extra lindning på transformatorn

Flyback Topology SMPS

SMPS-diagrammen för flyback-topologi visas nedan.

Flyback-topologins SMPS-design kräver mindre nej. Av komponenter för ett visst effektområde jämfört med andra SMPS-topologier. Den kan fungera för en viss växelström eller likströmskälla. Om ingången tas från växelströmskällan skulle utspänningen rättas helt. Här används MOSFET som en SMPS.

Driften av SMPS flyback-topologi baseras helt på omkopplarens position, dvs. MOSFET.

Flyback Topology SMPS

Den kan fungera i ett kontinuerligt eller avbrutet läge baserat på omkopplarens läge eller FET. I den avvecklade modellen blir strömmen i sekundärlindningen noll innan strömbrytaren slås PÅ. I det kontinuerliga läget blir strömmen i sekundären inte noll.

När strömbrytaren stängs AV strömmar energin som lagras i transformatorns läckinduktans genom primärlindningen och absorberas av ingångsklämkretsen eller snubberkretsen. Snubberkretsens roll är att skydda omkopplaren från höga induktiva spänningar. Det kommer att leda till strömavbrott under strömbrytaren PÅ och AV.

SMPS Flyback Transformer Design

SMPS flyback-transformatordesign är mer populär än normala strömförsörjningsdesigner på grund av dess låga kostnad, effektivitet och enkla design. Den isolerar transformatorns primära och sekundära lindning för givna multipla ingångar och ger flera utspänningar, som kan vara positiva eller negativa.

Den grundläggande SMPS-flyback-transformatordesignen när strömbrytaren slås PÅ och AV visas nedan. Den används också som en isolerad effektomvandlare. Flyback-transformatorn som används i konstruktionen innehåller primär och sekundär lindning, separerad elektriskt för att undvika övergående koppling, jordslingor och ger flexibilitet.

Transformator Switch är PÅ

Användningen av SMPS flyback transformator design har en fördel jämfört med konventionell transformator design. Här flyter inte strömmen genom primär- och sekundärlindningen samtidigt eftersom lindningsfasen vänds som visas i figuren ovan.

Transformatorbrytaren är AV

Den lagrar energin i form av magnetfältet i primärlindningen under en viss tid och överförs till primärlindningen. Den maximala uteffektbelastningsspänningen, arbetsområdena, ingångs- och utgångsspänningsområdena, kapacitet för effektleverans och egenskaperna för flyback-cykler är de viktiga parametrarna i SMPS-flyback-transformatordesignen.

Applikationer

De flyback-omvandlare applikationer är,

• Används i TV-apparater och datorer med låg effekt på upp till 250 W.
• Används i standby-strömförsörjningar i elektroniska datorer (lågströmbrytarläge)
• Används i mobiltelefoner och mobilladdare
• Används i högspänningsförsörjning som TV, CRT, lasrar, ficklampor och kopieringsenheter etc.
• Används i flera ingångar
• Används i isolerade portdrivkretsar.

Således handlar det här om en översikt över flyback-omvandlaren - design, arbetsprincip, drift, topologi, SMPS flyback transformator design, topologi, SMPS topologi design och applikationer. Här är en fråga till dig, ”Vilka är fördelarna med flyback-omvandlare? “