Základní principy a pracovní metody flyback spínaných zdrojů

Základní principy a pracovní metody flyback spínaných zdrojů

Základní principy a pracovní metody

Základní

Při sepnutí tranzistoru Trton má primární Np transformátoru proud Ip a ukládá do něj energii (E=LpIp/2). Protože Np a Ns mají opačnou polaritu, dioda D je v tomto okamžiku obráceně vychýlena a odříznuta a žádná energie se nepřenáší do zátěže. Při přepínání Troff podle Lenzova zákona: (e=-N△Φ/△T) bude primární vinutí transformátoru generovat zpětný potenciál. V tomto okamžiku je dioda D propustná a zátěží protéká proud IL. Průběh ustáleného stavu zpětného převodníku

Velikost doby vedení ton určí amplitudu Ip a Vce:

Vcemax=VIN/1-DMax

VIN: vstupní stejnosměrné napětí; Dmax: maximální pracovní cyklus

Dmax=tuna/T

Je vidět, že pro dosažení nízkého kolektorového napětí musí být Dmax udržováno nízké, tedy Dmax<0.5. In practical applications, Dmax=0.4 is usually taken to limit Vcemax≦2.2VIN.

Pracovní proud kolektoru Ie při spínání elektronky Tron, tedy primární špičkový proud Ip je: Ic=Ip=IL/n. Protože IL=Io, když je Io konstantní, velikost poměru závitů n určuje velikost Ic , je výše uvedený vzorec odvozen na základě principu zachování výkonu a počet primárních a sekundárních ampérových závitů je stejný na NpIp=NsI. IP lze také vyjádřit následující metodou:

Ic=Ip=2po/(η*VIN*Dmax)η: Účinnost převodníku

Vzorec je odvozen takto:

Výstupní výkon: po=LIp2η/2T

Vstupní napětí: VIN=Ldi/dt, za předpokladu di=Ip a 1/dt=f/Dmax, pak:

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

Potom po lze vyjádřit jako:

po=ηVINfDmaxIp2/2fIp=1/2ηVINDmaxIp

∴IP=2po/ηVINDmax

Ve výše uvedeném vzorci:

VIN: Minimální vstupní DC napětí (V)

Dmax: maximální pracovní cyklus vedení

Lp: Primární indukčnost transformátoru (mH)

Ip: špičkový proud primární strany transformátoru (A)

f: převodní frekvence (KHZ)

Způsob práce

Flyback transformátory obecně pracují ve dvou režimech:
1. Diskontinuální režim induktorového proudu DCM (DiscontinuousInductorCurrentMode) nebo „úplná přeměna energie“: veškerá energie uložená v transformátoru v tunách je převedena na výstup během období zpětného chodu (toff).

2. Nepřetržitý režim indukčního proudu CCM (ContinuousInductorCurrentMode) nebo „neúplná přeměna energie“: část energie uložené v transformátoru je zadržena na konci toff až do začátku dalšího tunového cyklu.

DCM a CCM se velmi liší, pokud jde o malé funkce přenosu signálu. Jejich průběhy jsou znázorněny na obrázku 3. Ve skutečnosti, když se vstupní napětí VIN převodníku mění ve velkém rozsahu nebo se zatěžovací proud IL mění ve velkém rozsahu When , musí zahrnovat dva pracovní režimy. Proto je nutné, aby zpětný konvertor fungoval v DCM/CCM stabilně. Je to ale složitější na design. Obvykle můžeme jako základ návrhu použít kritický stav DCM/CCM. Ve spojení s řízením aktuálního režimu pWM. Tato metoda může účinně řešit různé problémy v DCM, ale neodstraňuje inherentní problém nestability obvodu v CCM. CCM lze vyřešit úpravou zesílení regulační smyčky pro oddělení nízkofrekvenčního pásma a snížení rychlosti odezvy na přechodové jevy. Nestabilita je způsobena "pravou polorovinou nulou" přenosové funkce.

DCM a CCM se velmi liší, pokud jde o malé funkce přenosu signálu.

Diagram primárního a sekundárního proudu DCM/CCM

Ve skutečnosti, když se vstupní napětí VIN měniče mění ve velkém rozsahu nebo se zatěžovací proud IL mění ve velkém rozsahu, musí to zahrnovat dva provozní režimy. Proto flyback konvertor vyžaduje DCM/CCM Oba mohou pracovat stabilně. Je to ale složitější na design. Obvykle můžeme jako návrhový základ použít kritický stav DCM/CCM a použít pWM řízení aktuálního režimu. Tato metoda může účinně vyřešit různé problémy v DCM, ale v průběhu CCM není v obvodu žádný problém s inherentní nestabilitou. Nestabilitu způsobenou "nulovým bodem pravé poloviny roviny" přenosové funkce v CCM lze vyřešit úpravou zesílení regulační smyčky pro oddělení nízkofrekvenčního pásma a snížení rychlosti odezvy na přechodové jevy.

Ve stabilním stavu musí být změna přírůstku magnetického toku ΔΦ při tun rovna změně při „toff“, jinak bude magnetické jádro nasyceno.

proto,

ΔΦ=VINton/Np=Vs*toff/Ns

To znamená, že hodnota voltů/sekundu každého závitu primárního vinutí transformátoru se musí rovnat hodnotě voltů/sekundu každého závitu sekundárního vinutí.

Porovnáním průběhů proudu DCM a CCM na obrázku 3 můžeme vědět, že během Trton periody ve stavu DCM má celý průběh přenosu energie vyšší primární špičkový proud. Je to proto, že primární hodnota indukčnosti Lp je relativně nízká, takže Ip prudce Negativním efektem způsobeným zvýšením je zvýšení ztráty ve vinutí (ztráta ve vinutí) a zvlnění proudu vstupního filtračního kondenzátoru, což vyžaduje, aby spínací tranzistor měl vysoká proudová zatížitelnost pro bezpečnou práci.

Ve stavu CCM je špičkový proud primární strany nízký, ale spínací krystal má vysokou hodnotu kolektorového proudu ve stavu tuny. To má za následek vysokou spotřebu energie spínacího krystalu. Zároveň je pro dosažení CCM potřeba vyšší primární napětí transformátoru. Hodnota boční indukčnosti Lp a zbytková energie uložená v jádru transformátoru vyžaduje, aby objem transformátoru byl větší než objem DCM, zatímco ostatní koeficienty jsou stejné.

Abych to shrnul, konstrukce transformátorů DCM a CCM je v zásadě stejná, s výjimkou definice špičkového proudu na primární straně (Ip=Imax-Imin v CCM).