Principii de bază și metode de lucru ale sursei de alimentare cu comutare flyback

Principii de bază și metode de lucru ale sursei de alimentare cu comutare flyback

Principii de bază și metode de lucru

Fundamental

Când tranzistorul Trton este comutat, Np primar al transformatorului are un curent Ip și stochează energie în el (E=LpIp/2). Deoarece Np și Ns au polarități opuse, dioda D este polarizată invers și întreruptă în acest moment și nicio energie nu este transferată la sarcină. La comutarea lui Troff, conform legii lui Lenz: (e=-N△Φ/△T), înfășurarea primară a transformatorului va genera un potențial invers. În acest moment, dioda D este conducătoare directă, iar sarcina are curent IL care curge. Forma de undă în stare de echilibru a convertorului flyback

Mărimea timpului de conducere ton va determina amplitudinea lui Ip și Vce:

Vcemax=VIN/1-Dmax

VIN: tensiune DC de intrare; Dmax: ciclu de lucru maxim

Dmax=tonă/T

Se poate observa că pentru a obține o tensiune scăzută la colector, Dmax trebuie menținut scăzut, adică Dmax<0.5. In practical applications, Dmax=0.4 is usually taken to limit Vcemax≦2.2VIN.

Curentul de funcționare al colectorului Ie la comutarea tubului Tron, adică curentul de vârf primar Ip este: Ic=Ip=IL/n. Deoarece IL=Io, când Io este constant, mărimea raportului de spire n determină dimensiunea lui Ic , formula de mai sus este derivată pe baza principiului conservării puterii și numărul de spire primare și secundare a amperului este egal la NpIp=NsIs. Ip poate fi exprimat și prin următoarea metodă:

Ic=Ip=2po/(η*VIN*Dmax)η: Eficiența convertorului

Formula este derivată după cum urmează:

Putere de ieșire:po=LIp2η/2T

Tensiune de intrare: VIN=Ldi/dt, presupunând di=Ip și 1/dt=f/Dmax, apoi:

VIN=LIpf/Dmax sau Lp=VIN*Dmax/Ipf

Atunci po poate fi exprimat ca:

po=ηVINfDmaxIp2/2fIp=1/2ηVINDmaxIp

∴Ip=2po/ηVINDmax

În formula de mai sus:

VIN: tensiune de intrare CC minimă (V)

Dmax: ciclu de lucru maxim al conducției

Lp: inductanța primară a transformatorului (mH)

Ip: curent de vârf al transformatorului pe partea primară (A)

f: frecvența de conversie (KHZ)

Mod de lucru

Transformatoarele Flyback funcționează în general în două moduri:
1. Modul discontinuu al curentului inductor DCM (DiscontinuousInductorCurrentMode) sau „conversie completă a energiei”: toată energia stocată în transformator la tone este transferată la ieșire în timpul perioadei de retur (toff).

2. Modul continuu al curentului inductor CCM (ContinuousInductorCurrentMode) sau „conversie incompletă a energiei”: o parte din energia stocată în transformator este reținută la sfârșitul perioadei de funcționare până la începutul următorului ciclu de tone.

DCM și CCM sunt foarte diferite în ceea ce privește funcțiile de transfer de semnal mic. Formele de undă ale acestora sunt prezentate în Figura 3. De fapt, atunci când tensiunea de intrare a convertorului VIN se modifică într-un interval mare sau curentul de sarcină IL se modifică într-un interval mare Când , acesta trebuie să se întinde pe două moduri de lucru. Prin urmare, convertorul flyback este necesar să funcționeze stabil în DCM/CCM. Dar este mai dificil de proiectat. De obicei, putem folosi starea critică DCM/CCM ca bază de proiectare. Cuplat cu controlul modului curent pWM. Această metodă poate rezolva în mod eficient diverse probleme în DCM, dar nu elimină problema de instabilitate inerentă a circuitului în CCM. CCM poate fi rezolvată prin ajustarea câștigului buclei de control pentru a separa banda de joasă frecvență și pentru a reduce viteza de răspuns tranzitorie. Instabilitatea este cauzată de „zeroul din semiplanul drept” al funcției de transfer.

DCM și CCM sunt foarte diferite în ceea ce privește funcțiile de transfer de semnal mic.

Diagrama formei de undă a curentului primar și secundar DCM/CCM

De fapt, atunci când tensiunea de intrare a convertorului VIN se modifică într-un interval mare sau curentul de sarcină IL se modifică într-un interval mare, acesta trebuie să se întinde pe două moduri de funcționare. Prin urmare, convertorul flyback necesită DCM/CCM Ambele pot funcționa stabil. Dar este mai dificil de proiectat. De obicei, putem folosi starea critică DCM/CCM ca bază de proiectare și putem folosi pWM de control al modului curent. Această metodă poate rezolva în mod eficient diferite probleme în DCM, dar în Nu există nicio problemă inerentă de instabilitate în circuit în timpul CCM. Instabilitatea cauzată de „punctul zero al semiplanului drept” al funcției de transfer în CCM poate fi rezolvată prin ajustarea câștigului buclei de control pentru a separa banda de joasă frecvență și a reduce viteza de răspuns tranzitorie.

Într-o stare stabilă, modificarea incrementului de flux magnetic ΔΦ la tonă trebuie să fie egală cu modificarea la „toff”, altfel miezul magnetic va fi saturat.

prin urmare,

ΔΦ=VINton/Np=Vs*toff/Ns

Adică, valoarea volți/secundă a fiecărei spire a înfășurării primare a transformatorului trebuie să fie egală cu valoarea volți/secundă a fiecărei spire a înfășurării secundare.

Comparând formele de undă curente ale DCM și CCM din Figura 3, putem ști că în timpul perioadei Trton în starea DCM, întreaga formă de undă de transfer de energie are un curent de vârf primar mai mare. Acest lucru se datorează faptului că valoarea inductanței primare Lp este relativ scăzută, făcând Ip brusc. Efectul negativ cauzat de creștere este de a crește pierderea de înfășurare (pierderea de înfășurare) și curentul de ondulare al condensatorului filtrului de intrare, ceea ce necesită ca tranzistorul de comutare să aibă un capacitate mare de transport de curent pentru a lucra în siguranță.

În starea CCM, curentul de vârf al părții primare este scăzut, dar cristalul de comutare are o valoare mare a curentului de colector în starea tonă. Acest lucru are ca rezultat un consum mare de energie al cristalului de comutare. În același timp, pentru a realiza CCM, este necesară o tensiune primară mai mare a transformatorului. Valoarea inductanței laterale Lp și energia reziduală stocată în miezul transformatorului necesită ca volumul transformatorului să fie mai mare decât cel al DCM, în timp ce alți coeficienți sunt egali.

Pentru a rezuma, proiectarea transformatoarelor DCM și CCM este practic aceeași, cu excepția definiției curentului de vârf al părții primare (Ip=Imax-Imin în CCM).