Osnovni principi i metode rada flyback prekidačkog napajanja
Osnovni principi i metode rada
Temeljno
Kada se tranzistor Trton prebaci, primarni Np transformatora ima struju Ip i u njemu pohranjuje energiju (E=LpIp/2). Budući da Np i Ns imaju suprotne polaritete, dioda D je u ovom trenutku obrnuto prednaponska i odsječena, te se energija ne prenosi na opterećenje. Prilikom prebacivanja Troffa, prema Lenzovom zakonu: (e=-N△Φ/△T), primarni namot transformatora će generirati obrnuti potencijal. U to vrijeme, dioda D vodi naprijed, a opterećenje ima struju IL. Stacionarni valni oblik flyback pretvarača
Veličina vremena provođenja ton odredit će amplitudu Ip i Vce:
Vcemax=VIN/1-Dmax
VIN: ulazni istosmjerni napon; Dmax: maksimalni radni ciklus
Dmax=tona/T
Može se vidjeti da da bi se dobio nizak napon kolektora, Dmax mora biti nizak, to jest Dmax<0.5. In practical applications, Dmax=0.4 is usually taken to limit Vcemax≦2.2VIN.
Radna struja kolektora Ie pri preklapanju cijevi Tron, odnosno primarna vršna struja Ip je: Ic=Ip=IL/n. Budući da IL=Io, kada je Io konstantan, veličina omjera zavoja n određuje veličinu Ic, gornja formula je izvedena na temelju načela očuvanja snage i broj primarnih i sekundarnih amperzavoja je jednak do NpIp=NsIs. Ip se također može izraziti sljedećom metodom:
Ic=Ip=2po/(η*VIN*Dmax)η: Učinkovitost pretvarača
Formula se izvodi na sljedeći način:
Izlazna snaga: po=LIp2η/2T
Ulazni napon: VIN=Ldi/dt, uz pretpostavku di=Ip i 1/dt=f/Dmax, tada:
VIN=LIpf/Dmax ili Lp=VIN*Dmax/Ipf
Tada se po može izraziti kao:
po=ηVINfDmaxIp2/2fIp=1/2ηVINDmaxIp
∴Ip=2po/ηVINDmax
U gornjoj formuli:
VIN: Minimalni DC ulazni napon (V)
Dmax: maksimalni radni ciklus vodljivosti
Lp: primarni induktivitet transformatora (mH)
Ip: vršna struja primarne strane transformatora (A)
f: frekvencija pretvorbe (KHZ)
Način rada
Povratni transformatori općenito rade u dva načina:
1. Induktorski strujni diskontinuirani način rada DCM (DiscontinuousInductorCurrentMode) ili "potpuna pretvorba energije": sva energija pohranjena u transformatoru u tonama prenosi se na izlaz tijekom povratnog povratnog perioda (toff).
2. Kontinuirani način rada struje induktora CCM (ContinuousInductorCurrentMode) ili "nepotpuna pretvorba energije": dio energije pohranjene u transformatoru zadržava se na kraju toff do početka sljedećeg tonskog ciklusa.
DCM i CCM su vrlo različiti u pogledu funkcija prijenosa malih signala. Njihovi valni oblici prikazani su na slici 3. Zapravo, kada se ulazni napon pretvarača VIN mijenja unutar velikog raspona ili se struja opterećenja IL mijenja unutar velikog raspona Kada se , mora obuhvatiti dva načina rada. Stoga je flyback pretvarač potreban za stabilan rad u DCM/CCM. Ali teže je dizajnirati. Obično možemo koristiti kritično stanje DCM/CCM kao osnovu dizajna. Zajedno s kontrolom trenutnog načina rada pWM. Ova metoda može učinkovito riješiti različite probleme u DCM-u, ali ne eliminira inherentni problem nestabilnosti sklopa u CCM-u. CCM se može riješiti podešavanjem pojačanja kontrolne petlje kako bi se odvojio niskofrekventni pojas i smanjila brzina prijelaznog odgovora. Nestabilnost je uzrokovana "nultom desnom poluravninom" prijenosne funkcije.
DCM i CCM su vrlo različiti u pogledu funkcija prijenosa malih signala.
Dijagram valnog oblika primarne i sekundarne struje DCM/CCM
Zapravo, kada se ulazni napon pretvarača VIN mijenja unutar velikog raspona, ili se struja opterećenja IL mijenja unutar velikog raspona, mora obuhvaćati dva načina rada. Stoga, flyback pretvarač zahtijeva DCM/CCM. Oba mogu raditi stabilno. Ali teže je dizajnirati. Obično možemo koristiti kritično stanje DCM/CCM kao osnovu dizajna i koristiti pWM kontrolu trenutnog načina rada. Ova metoda može učinkovito riješiti različite probleme u DCM-u, ali u Ne postoji inherentan problem nestabilnosti u krugu tijekom CCM-a. Nestabilnost uzrokovana "nultom točkom desne poluravnine" prijenosne funkcije u CCM može se riješiti podešavanjem pojačanja kontrolne petlje da se odvoji niskofrekventni pojas i smanji brzina prijelaznog odgovora.
U stabilnom stanju, promjena prirasta magnetskog toka ΔΦ u tonu mora biti jednaka promjeni u "toff", inače će magnetska jezgra biti zasićena.
stoga,
ΔΦ=VINton/Np=Vs*toff/Ns
To jest, vrijednost volti/sekundi svakog zavoja primarnog namota transformatora mora biti jednaka vrijednosti volti/sekundi svakog zavoja sekundarnog namota.
Uspoređujući valne oblike struje DCM-a i CCM-a na slici 3, možemo znati da tijekom Trtonovog razdoblja u stanju DCM-a cijeli valni oblik prijenosa energije ima višu primarnu vršnu struju. To je zato što je vrijednost primarnog induktiviteta Lp relativno niska, što Ip naglo čini. Negativan učinak uzrokovan povećanjem je povećanje gubitka namota (gubitak namota) i valovitost struje kondenzatora ulaznog filtera, što zahtijeva da sklopni tranzistor ima visoka nosivost struje za siguran rad.
U stanju CCM, vršna struja primarne strane je niska, ali sklopni kristal ima visoku vrijednost struje kolektora u stanju ton. To rezultira velikom potrošnjom energije sklopnog kristala. U isto vrijeme, da bi se postigao CCM, potreban je veći primarni napon transformatora. Vrijednost bočne induktivnosti Lp i zaostala energija pohranjena u jezgri transformatora zahtijevaju da volumen transformatora bude veći od volumena DCM-a, dok su ostali koeficijenti jednaki.
Ukratko, dizajn DCM i CCM transformatora u osnovi je isti, osim definicije vršne struje primarne strane (Ip=Imax-Imin u CCM).
