Схема на преобразувател на Flyback

В електрониката регулаторът е устройство или механизъм, които могат да регулират постоянно изходната мощност. В областта на захранването има различни видове регулатори. Но главно, в случай на преобразуване в постоянен и постоянен ток, има два вида регулатори: линейни или превключващи.

А линеен регулатор регулира изхода с помощта на резистивен спад на напрежението. Благодарение на това линейните регулатори осигуряват по-ниска ефективност и губят мощност под формата на топлина. В превключване регулатор употреба индуктор, диод, и електрически ключ за прехвърляне на енергия от извора до изхода.

Видове превключващ регулатор

Предлагат се три вида превключващи регулатори.

1. Преобразувател за повишаване (регулатор на усилване)

2. Стъпков преобразувател (Buck регулатор)

3. Flyback Converter (изолиран регулатор)

Вече обяснихме схемата Boost Regulator и Buck Regulator. В този урок, ние ще опише Flyback регулатор верига.

В разликата между парите и тласък регулатор е в регулатора на парите поставянето на индуктор, диод и смяна на веригата е по-различно от регулатора тласък. Също така, в случай на усилващ регулатор, изходното напрежение е по-високо от входното напрежение, но в регулатора на напрежението изходното напрежение ще бъде по-ниско от входното напрежение. Buck топология или buck конвертор е една от най-често използваните основни топологии, използвани в SMPS. Това е популярен избор, при който трябва да преобразуваме по-високо напрежение в по-ниско изходно напрежение.

Освен тези регулатори, съществува и друг регулатор, който е популярен избор сред всички дизайнери, който е Flyback регулатор или конвертор Flyback. Това е универсална топология, която може да се използва, когато са необходими множество изходи от едно изходно захранване. Не само това, обратната топология позволява на дизайнера да променя полярността на изхода едновременно. Например, можем да създадем + 5V, + 9V и -9V изход от един преобразуващ модул. Ефективността на преобразуване е висока и в двата случая.

Друго нещо в конвертора Flyback е електрическата изолация както на входа, така и на изхода. Защо се нуждаем от изолация? В някои специални случаи, за да се сведе до минимум шумът от захранването и свързаните с безопасността операции, се нуждаем от изолирана операция, при която входният източник е напълно изолиран от изходния източник. Нека разгледаме основните операции с обратен изход.

Електрическа работа на Flyback Converter

Ако видим основния дизайн на единичен изход като обратното изображение по-долу, ще идентифицираме основните основни компоненти, които са необходими за изграждането му.

Основният преобразувател на обратна връзка изисква превключвател, който може да бъде полев транзистор или транзистор, трансформатор, изходен диод, кондензатор.

Основното нещо е трансформаторът. Трябва да разберем правилната работа на трансформатора, преди да разберем действителната работа на веригата.

Трансформаторът се състои от минимум две индуктори, известни като вторична и първична намотка, навита в намотка с ядро ​​между тях. Сърцевината определя плътността на потока, което е важен параметър за прехвърляне на електрическа енергия от едната намотка към другата. Друго най-важно нещо е трансформирането на трансформатора, точките, показани в първичната и вторичната намотка.

Също така, както виждаме, ШИМ сигнал е свързан през транзисторния превключвател. Това се дължи на честотата на изключване и време на включване на превключвателя. PWM означава техника на модулация на импулсна ширина.

В Flyback регулатора има две схеми на работа, Едната е фаза на включване, когато първичната намотка на трансформатора се зарежда, а друга е Изключване или трансферна фаза на трансформатора, когато електрическата енергия се прехвърля от първична към вторична и накрая до товара.

Ако приемем, че превключвателят е бил изключен за дълго време, токът във веригата е 0 и няма напрежение.

В тази ситуация, ако превключвателят е включен, тогава токът ще се увеличи и индукторът ще създаде спад на напрежението, което е точково отрицателно, тъй като напрежението е по-отрицателно в основния пунктиран край. По време на тази ситуация енергията тече към вторичната поради потока, генериран в ядрото. На вторичната намотка се създава напрежение със същата полярност, но напрежението е право пропорционално на съотношението на оборотите на вторичната към първичната намотка. Поради точковото отрицателно напрежение диодът се изключва и във вторичния няма да тече ток. Ако кондензаторът е бил зареден в предишния цикъл на изключване-включване, изходният кондензатор ще осигурява само изходния ток към товара.

На следващия етап, когато превключвателят е изключен, текущият поток през първичната намалява и по този начин прави вторичната точка по-положителна. Подобно на предишния етап на включване, полярността на първичното напрежение създава същата полярност и на вторичната, докато вторичното напрежение е пропорционално на съотношението на първичната и вторичната намотка. Благодарение на точката с положителен край диодът се включва и вторичният индуктор на трансформатора осигурява ток към изходния кондензатор и товара. Кондензаторът е загубил заряда в цикъл ON, сега той се зарежда отново и е в състояние да осигури ток на зареждане на товара по време на включване.

По време на целия цикъл на включване и изключване не е имало електрически връзки между входното захранване към изходния източник на енергия. По този начин трансформаторът изолира входа и изхода.

Има два режима на работа в зависимост от времето за включване и изключване. Flyback конверторът може да работи в непрекъснат или прекъснат режим.

В непрекъснат режим, преди първичното зареждане, токът преминава към нула, цикълът се повтаря. От друга страна, в прекъснат режим, следващият цикъл започва едва когато токът на първичната индуктивност премине към нула.

Ефективност

Сега, ако изследваме ефективността, която е съотношението на изходната към входната мощност:

(Pout / Pin) x 100%

Тъй като енергията не може да бъде създадена или унищожена, тя може само да се преобразува, повечето електрически енергии губят неизползваните сили в топлина. Освен това няма идеална ситуация в практическата област. Ефективността е голям фактор за избор на регулатори на напрежението.

Един от основните фактори за загуба на мощност за превключващ регулатор е диодът. Спадът на напрежението напред, умножен по ток (Vf xi), е неизползваната мощност, която се преобразува в топлина и намалява ефективността на веригата на превключващия регулатор. Също така, това е допълнителният разход за веригата за техники за топлинно / топлинно управление, като използване на радиатор или Вентилатори за охлаждане на веригата от разсеяна топлина. Не само спадът на напрежението напред, Обратното възстановяване на силициевите диоди също произвежда ненужни загуби на мощност и намаляване на общата ефективност.

Един от най-добрите начини за избягване на стандартен диод за възстановяване е използването на диоди на Шотки, които имат нисък спад на напрежението напред и по-добро възстановяване в обратна посока. В друг аспект превключвателят е променен на модерен MOSFET дизайн, където ефективността е подобрена в компактен и по-малък пакет.

Въпреки факта, че превключващите регулатори имат по-висока ефективност, техника за стационарен дизайн, по-малък компонент, те са шумни от линейния регулатор, но въпреки това са широко популярни.

Примерен дизайн на Flyback Converter, използващ LM5160

Бихме използвали обратна топология от Texas Instruments. Веригата може да бъде достъпна в листа с данни.

В LM5160 се състои след Характеристики-

• Широк обхват на входното напрежение от 4.5V до 65V
• Интегрирани превключватели от висока и ниска страна
  • Не е необходим външен диод на Шотки
• 2-A Максимален ток на натоварване
• Адаптивен постоянен контрол на времето
  • Няма компенсация за външна верига
  • Бърз преходен отговор
• Избираема принудителна работа с ШИМ или DCM
  • FPWM поддържа многофункционален Fly-Buck
• Почти постоянна честота на превключване
  • Резистор, регулируем до 1 MHz
• Програмирайте времето за мек старт
• Предварително стартиране
• ± 1% Референтно напрежение за обратна връзка
• LM5160A Позволява външно пристрастие към VCC
• Вградени защитни функции за здрав дизайн
  • Защита за ограничаване на пиковия ток
  • Регулируем вход UVLO и хистерезис
  • VCC и Gate Drive UVLO защита
  • Защита от термично изключване с хистерезис
• Създайте персонализиран дизайн с помощта на LM5160A с WEBENCH® Power Designer

Той поддържа широк диапазон на входното напрежение от 4.5V до 70V като вход и осигурява 2A изходен ток. Ние също така можем да изберем принудителните PWM или DCM операции.

Pinout на LM5160

IC не се предлага в DIP пакет или лесна за запояване версия, въпреки че е проблем, но IC спестява много място на печатни платки, както и по-висока топлинна производителност над радиатора на печатни платки. Диаграмата на щифтовете е показана на горното изображение.

Абсолютен максимален рейтинг

Трябва да внимаваме за абсолютния максимален рейтинг на ИС.

SS и FB щифтът има толеранс с ниско напрежение.

Схема на веригата на Flyback Converter и работи

Чрез използването на този LM5160 ще симулираме 12V изолирано захранване въз основа на следните спецификации. Избрахме веригата, тъй като всичко е достъпно на уебсайта на производителя.

Схемата използва много компоненти, но не е сложна за разбиране. C6, C7 и C8 на входа се използват за филтриране на входното захранване. Докато R6 и R10 се използват за целите, свързани с блокирането под напрежение. Резисторът R7 е предназначен за On Time. Този щифт е програмируем с помощта на обикновен резистор. Кондензаторът C13, свързан през SS щифта, е кондензатор с плавно стартиране. AGND (аналогова земя) и PGND (захранваща земя) и PAD са свързани с захранващата GND. От дясната страна, кондензаторът C5, 0,01 uF е кондензатор Bootstrap, който се използва за отклонение на драйвера на портата. R4, C4 и C9 са пулсационният филтър, където като R8 и R9 осигуряват напрежение за обратна връзка към щифта за обратна връзка на LM5160. Това съотношение на два резистора определя изходното напрежение. C10 и C11 се използват за първична неизолирана изходна филтрация.

Основен компонент е T1. Това е свързан индуктор с индуктор 60uH от двете страни, първичен и вторичен. Можем да изберем всеки друг свързан индуктор или сепичен индуктор със следната спецификация -

1. Съотношение на обороти SEC: PRI = 1,5: 1
2. Индуктивност = 60uH
3. Ток на насищане = 840mA
4. DC съпротивление ОСНОВНО = 0,071 ома
5. Съпротивление на постоянен ток ВТОРИЧНО = 0,211 Ома
6. Честота = 150 kHz

C3 се използва за EMI стабилност. D1 е предният диод, който преобразува изхода и C1, C2 са капачките на филтъра, R2 е минималното натоварване, което е необходимо за стартиране.

Тези, които искат да направят захранването за персонализирани спецификации и искат да изчислят стойността, производителят предоставя отличен инструмент на Excel, където просто просто поставяте данните и Excel ще изчисли стойността на компонентите в зависимост от формулите, предоставени в листа с данни.

Производителят е предоставил и модела на подправките, както и пълна схема, която може да се симулира с помощта на собствения симулационен инструмент за симулация TINA-TI на Texas Instrument. По-долу е представена схемата, използвана с помощта на инструмента TINA-TI, предоставен от производителя.

Резултатът от симулацията може да бъде показан на следващото изображение, където могат да бъдат показани перфектни ток на натоварване и напрежение