Flyback-omformerkrets

I elektronikk er en regulator en enhet eller mekanisme som kan regulere kraftuttaket konstant. Det er forskjellige typer regulatorer tilgjengelig i strømforsyningsdomenet. Men hovedsakelig, når det gjelder DC til DC-konvertering, er det to typer regulatorer tilgjengelig: Lineær eller Switching.

En lineær regulator regulerer utgangen ved hjelp av et resistivt spenningsfall. På grunn av dette gir lineære regulatorer lavere effektivitet og mister kraft i form av varme. Den bytte regulator bruk induktor, diode, og en strømbryter for å overføre energi fra kilden til utgangen.

Typer av bytteregulator

Det er tre typer bryteregulatorer tilgjengelig.

1. Step-up-omformer (Boost Regulator)

2. Step-Down omformer (Buck regulator)

3. Flyback Converter (isolert regulator)

Vi har allerede forklart Boost Regulator og Buck Regulator circuit. I denne opplæringen vil vi beskrive Flyback Regulator- kretsen.

Den Forskjellen mellom bukken og boost regulator er, i den bukk regulator plassering av induktoren, diode og den svitsjkretsen er annerledes enn den boost regulator. I tilfelle boost regulator er utgangsspenningen høyere enn inngangsspenningen, men i buck regulatoren vil utgangsspenningen være lavere enn inngangsspenningen. En buck-topologi eller buck-omformer er en av de mest brukte grunnleggende topologiene som brukes i SMPS. Det er et populært valg der vi trenger å konvertere en høyere spenning til en lavere utgangsspenning.

Annet enn de regulatorene, er det en annen regulator som er et populært valg blant alle designere, som er Flyback regulator eller Flyback converter. Dette er en allsidig topologi som kan brukes der det er behov for flere utganger fra en enkelt utgangsforsyning. Ikke bare det, en flyback-topologi gjør at designeren kan endre polariteten til utgangen samtidig. For eksempel kan vi lage + 5V, + 9V og -9V utgang fra en enkelt omformermodul. Konverteringseffektiviteten er høy i begge tilfeller.

En annen ting i Flyback-omformer er den elektriske isolasjonen i både inngang og utgang. Hvorfor trenger vi isolasjon? I noen spesielle tilfeller, for å minimere kraftstøy og sikkerhetsrelaterte operasjoner, trenger vi en isolert operasjon, der inngangskilden er helt isolert fra utgangskilden. La oss utforske grunnleggende flyback-operasjon.

Kretsdrift av Flyback Converter

Hvis vi ser det grunnleggende flyback-designet for enkeltutgang som bildet nedenfor, vil vi identifisere de grunnleggende hovedkomponentene som kreves for å bygge en.

En grunnleggende flyback-omformer krever en bryter, som kan være en FET eller transistor, en transformator, en utgangsdiode, en kondensator.

Det viktigste er transformatoren. Vi må forstå riktig drift av en transformator før vi forstår den faktiske kretsoperasjonen.

Transformatoren består av minimum to induktorer, kjent som sekundær og primærspole, viklet opp i en spiralformer med en kjerne imellom. Kjernen bestemmer flytdensiteten som er en viktig parameter for overføring av elektrisk energi fra en vikling til en annen. En annen viktigst ting er transformatorfasingen, prikkene som vises i primær- og sekundærviklingen.

Som vi kan se, er et PWM-signal koblet over transistorbryteren. Det skyldes hyppigheten for å slå av og slå på bryteren. PWM står for Pulse Width modulasjonsteknikk.

I Flyback-regulator er det to kretsoperasjoner, den ene er På-fase når transformatorens primære vikling er ladet opp, og en annen er slått av eller transformatorens overføringsfase når den elektriske energien blir overført fra primær til sekundær og endelig til lasten.

Hvis vi antar at bryteren har vært slått AV i lang tid, er strømmen i kretsen 0 og det er ingen spenning til stede.

I denne situasjonen, Hvis bryteren er slått PÅ, vil strømmen øke, og induktoren vil skape et spenningsfall, som er punkt-negativ ettersom spenningen er mer negativ over den primære stiplede enden. I løpet av denne situasjonen strømmer energien til sekundæren på grunn av strømmen som genereres i kjernen. På sekundærspolen opprettes en spenning i samme polaritet, men spenningen er direkte proporsjonal med forholdet mellom sekundær og primær spolevending. På grunn av punktnegativspenningen blir dioden slått av og ingen strøm vil strømme i sekundærstrømmen. Hvis kondensatoren ble ladet i forrige AV-PÅ-syklus, vil utgangskondensatoren bare gi utgangsstrømmen til belastningen.

På neste trinn, når bryteren er slått av, blir strømmen over primæren redusert, og dermed blir den sekundære prikkenden mer positiv. Samme som forrige bryter PÅ-trinnet, skaper primærspenningspolariteten samme polaritet også på sekundærspenningen, mens sekundærspenningen er proporsjonal med primær- og sekundærviklingsforholdet. På grunn av den positive punkten, blir dioden slått på, og den sekundære induktoren til transformatoren gir strøm til utgangskondensatoren og belastningen. Kondensatoren mistet ladningen i PÅ-syklus, nå fylles den på nytt og er i stand til å gi ladestrøm til lasten under innkoblingstiden.

I hele PÅ og AV-syklusen var det ingen elektriske forbindelser mellom inngangsforsyningen til utgangskilden. Dermed isolerer transformatoren inngang og utgang.

Det er to driftsmåter, avhengig av inn- og ut-timing. Flyback-omformer kan fungere i kontinuerlig modus eller diskontinuerlig modus.

I kontinuerlig modus, før primærladningen, går strømmen til null, syklusen gjentas. På den annen side, i diskontinuerlig modus, begynner neste syklus bare når den primære induktorstrømmen går til null.

Effektivitet

Nå, hvis vi undersøker effektiviteten, som er forholdet mellom utgang og inngangseffekt:

(Pout / Pin) x 100%

Ettersom energi ikke kan skapes eller ødelegges, kan den bare omdannes, de fleste elektriske energier mister ubrukt kraft til varme. Det er heller ingen ideell situasjon i det praktiske feltet. Effektivitet er en stor faktor for valg av spenningsregulatorer.

En av de viktigste strømtapfaktorene for en bryterregulator er dioden. Fremover spenningsfallet multiplisert med strøm (Vf xi) er den ubrukte effekten som blir konvertert til varme og reduserer effektiviteten til koblingsregulatorkretsen. Det er også tilleggskostnaden for kretsene for teknikk for termisk / varmestyring som å bruke en kjøleribbe, eller Vifter for å kjøle ned kretsene fra spredt varme. Ikke bare spenningsfallet forover, reversert utvinning for silisiumdioder gir også unødvendig strømtap og reduksjon av den totale effektiviteten.

En av de beste måtene å unngå en standard gjenopprettingsdiode er å bruke Schottky-dioder som har lavt fremover spenningsfall og bedre reversering av revers. I et annet aspekt er bryteren endret til moderne MOSFET-design der effektiviteten forbedres i en kompakt og mindre pakke.

Til tross for det faktum at bytteregulatorer har høyere effektivitet, stasjonær designteknikk, mindre komponent, er de støyende enn en lineær regulator, men de er fortsatt populære.

Eksempel på design av Flyback Converter ved bruk av LM5160

Vi vil bruke en flyback-topologi fra Texas Instruments. Kretsen kan være tilgjengelig i databladet.

Den LM5160 består følgende funksjoner-

• Bredt 4.5V til 65V inngangsspenningsområde
• Integrerte brytere på høy og lav side
  • Ingen ekstern Schottky-diode påkrevd
• 2-A maksimal belastningsstrøm
• Adaptiv konstant tidskontroll
  • Ingen ekstern løkkekompensasjon
  • Rask forbigående respons
• Valgbar tvungen PWM- eller DCM-drift
  • FPWM støtter multi-output Fly-Buck
• Nesten konstant byttefrekvens
  • Motstand Justerbar opptil 1 MHz
• Program Soft Start Time
• Forutviklet oppstart
• ± 1% tilbakemeldingsspenningsreferanse
• LM5160A Tillater ekstern VCC-skjevhet
• Iboende beskyttelsesfunksjoner for robust design
  • Beskyttelse mot toppstrømbegrensning
  • Justerbar inngang UVLO og hysterese
  • VCC og Gate Drive UVLO-beskyttelse
  • Beskyttelse mot termisk nedstengning med hysterese
• Lag et tilpasset design ved hjelp av LM5160A med WEBENCH® Power Designer

Den støtter et bredt inngangsspenningsområde fra 4,5V til 70V som inngang og gir 2A utgangsstrøm. Vi kan også velge tvangs PWM- eller DCM-operasjoner.

Pinout av LM5160

IC-en er ikke tilgjengelig på DIP-pakken eller en lett loddbar versjon, selv om det er et problem, men IC-en sparer mye PCB-plass, samt en større termisk ytelse over PCB-kjøleribben. Stiftdiagrammet er vist på bildet ovenfor.

Absolutte maksimale rangeringer

Vi må være forsiktige med absolutt maksimal vurdering av IC.

SS- og FB-stiften har lav spenningstoleranse.

Flyback Converter kretsdiagram og arbeid

Ved å bruke denne LM5160 vil vi simulere en 12V isolert strømforsyning basert på følgende spesifikasjon. Vi valgte kretsen ettersom alt er tilgjengelig på produsentens nettsted.

Skjematisk bruker mange komponenter, men det er ikke komplisert å forstå. C6, C7 og C8 på inngangen brukes til filtrering av inngangsforsyningen. Mens R6 og R10 brukes til spenningsrelaterte formål. R7-motstanden er til det tidsrelaterte formålet. Denne pinnen kan programmeres ved hjelp av en enkel motstand. C13 kondensator koblet over SS-pinnen er en myk start kondensator. AGND (Analog Ground) og PGND (Power Ground) og PAD er koblet til GND-forsyningen. På høyre side er C5, 0,01 uF kondensator en Bootstrap kondensator som brukes til forspenning av portdriveren. R4, C4 og C9 er ringfilteret der R8 og R9 gir tilbakemeldingsspenningen til tilbakemeldingspinnen til LM5160. Disse to motstandsrasjonene bestemmer utgangsspenningen. C10 og C11 brukes til primær ikke-isolert utdatafiltrering.

En hovedkomponent er T1. Det er en koblet spole med en 60uH spole på begge sider, primær og sekundær. Vi kan velge hvilken som helst annen koblet induktor eller sepic induktor med følgende spesifikasjon-

1. Slår forhold SEC: PRI = 1,5: 1
2. Induktans = 60uH
3. Metningsstrøm = 840mA
4. DC-motstand PRIMÆR = 0,071 ohm
5. DC-motstand SEKUNDÆR = 0,211 ohm
6. Freq = 150 kHz

C3 brukes for EMI-stabilitet. D1 er den fremre dioden som konverterer utgangen og C1, C2 er filterhettene, R2 er den minste belastningen som kreves for oppstart.

De som ønsker å lage strømforsyningen for tilpassede spesifikasjoner og ønsker å beregne verdien, produsenten tilbyr et utmerket Excel-verktøy der du bare legger dataene, og excel vil beregne komponentverdien avhengig av formlene gitt i databladet.

Produsenten har også levert kryddermodellen samt komplett skjematisk som kan simuleres ved hjelp av Texas Instruments eget SPICE-baserte simuleringsverktøy TINA-TI. Nedenfor er skjematisk tegnet med TINA-TI-verktøy levert av produsenten.

Simuleringsresultatet kan vises i neste bilde der perfekt belastningsstrøm og spenning kan vises-