Πώς να σχεδιάσετε έναν μετατροπέα Flyback - Πλήρης οδηγός

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





Η διαμόρφωση flyback είναι η προτιμώμενη τοπολογία στα σχέδια εφαρμογών SMPS κυρίως επειδή εγγυάται την πλήρη απομόνωση της εξόδου DC από το δίκτυο τροφοδοσίας AC. Άλλα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν χαμηλό κόστος κατασκευής, απλούστερο σχεδιασμό και απλή εφαρμογή. Η χαμηλή τρέχουσα έκδοση DCM των μετατροπέων flyback που περιλαμβάνουν προδιαγραφή εξόδου μικρότερη από 50 watt χρησιμοποιούνται ευρύτερα από τα μεγαλύτερα αντίστοιχα υψηλού ρεύματος.

Ας μάθουμε τις λεπτομέρειες με μια ολοκληρωμένη εξήγηση μέσω των ακόλουθων παραγράφων:



Πλήρης οδηγός σχεδίασης για μετατροπέα σταθερής συχνότητας DCM Flyback Converter

Λειτουργίες Flyback: DCM και CCM

Παρακάτω βλέπουμε τον θεμελιώδη σχηματικό σχεδιασμό ενός μετατροπέα flyback. Τα κύρια τμήματα αυτού του σχεδιασμού είναι ο μετασχηματιστής, η ισχύς μεταγωγής mosfet Q1 στην πρωτεύουσα πλευρά, ο ανορθωτής γέφυρας στη δευτερεύουσα πλευρά D1, a πυκνωτής φίλτρου για εξομάλυνση την έξοδο από D1, και ένα στάδιο ελεγκτή PWM που μπορεί να είναι κύκλωμα ελεγχόμενου από IC.

βασική διαμόρφωση flyback

Αυτός ο τύπος σχεδιασμού flyback θα μπορούσε να έχει CCM (λειτουργία συνεχούς αγωγιμότητας) ή DCM (Λειτουργία ασυνεχούς αγωγιμότητας) με βάση τον τρόπο διαμόρφωσης της ισχύος MOSFET T1.



Βασικά, σε λειτουργία DCM έχουμε ολόκληρη την ηλεκτρική ενέργεια αποθηκευμένη στο πρωτεύον μετασχηματιστή μεταφερόμενη κατά μήκος της δευτερεύουσας πλευράς κάθε φορά που το MOSFET απενεργοποιείται κατά τη διάρκεια των κύκλων εναλλαγής του (που ονομάζεται επίσης περίοδος επιστροφής), οδηγώντας στο αρχικό πλευρικό ρεύμα να φτάσει σε μηδενικό δυναμικό προτού το T1 μπορέσει να ανάψει ξανά στον επόμενο κύκλο εναλλαγής.

Στη λειτουργία CCM, η ηλεκτρική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στο πρωτεύον δεν έχει την ευκαιρία να μεταφερθεί πλήρως ή να προκληθεί σε ολόκληρη τη δευτερεύουσα.

Αυτό συμβαίνει επειδή, κάθε ένας από τους επόμενους παλμούς μεταγωγής από τον ελεγκτή PWM ενεργοποιεί το Τ1 προτού ο μετασχηματιστής μεταφέρει την πλήρη αποθηκευμένη ενέργεια του στο φορτίο. Αυτό συνεπάγεται ότι το ρεύμα επιστροφής (ILPK και ISEC) δεν επιτρέπεται ποτέ να φτάσει στο μηδενικό δυναμικό κατά τη διάρκεια καθενός από τους κύκλους μεταγωγής.

Μπορούμε να δούμε τη διαφορά μεταξύ των δύο τρόπων λειτουργίας στο ακόλουθο διάγραμμα μέσω των τρεχόντων κυματομορφών σε όλη την πρωτεύουσα και δευτερεύουσα ενότητα του μετασχηματιστή.

Κυματομορφές DCM CCM

Τόσο η λειτουργία DCM όσο και η λειτουργία CCM έχουν τα ειδικά πλεονεκτήματά τους, τα οποία μπορούν να μάθουν από τον ακόλουθο πίνακα:

σύγκριση των λειτουργιών DCM έναντι CCM

Σε σύγκριση με το CCM, το κύκλωμα λειτουργίας DCM απαιτεί υψηλότερα επίπεδα ρεύματος αιχμής, προκειμένου να διασφαλιστεί η βέλτιστη ισχύς στη δευτερεύουσα πλευρά του μετασχηματιστή. Αυτό με τη σειρά του απαιτεί την αρχική πλευρά να βαθμολογείται με υψηλότερο ρεύμα RMS, που σημαίνει ότι το MOSFET πρέπει να βαθμολογείται στο καθορισμένο υψηλότερο εύρος.

Σε περιπτώσεις όπου ο σχεδιασμός απαιτείται να κατασκευαστεί με περιορισμένο εύρος ρεύματος εισόδου και εξαρτημάτων, τότε συνήθως επιλέγεται μια λειτουργία CCM fyback, επιτρέποντας στο σχεδιασμό να χρησιμοποιεί σχετικά μικρότερο πυκνωτή φίλτρου και χαμηλότερη απώλεια αγωγής στο MOSFET και τον μετασχηματιστή).

Το CCM γίνεται ευνοϊκό για συνθήκες όπου η τάση εισόδου είναι χαμηλότερη, ενώ το ρεύμα είναι υψηλότερο (πάνω από 6 αμπέρ), σχέδια που μπορεί να βαθμολογούνται ώστε να λειτουργούν με πάνω Ισχύς 50 watt , εκτός από τις εξόδους στα 5V όπου οι προδιαγραφές ισχύος θα μπορούσαν να είναι χαμηλότερες από 50 watt.

Η παραπάνω εικόνα δείχνει την τρέχουσα απόκριση στην πρωτεύουσα πλευρά των τρόπων επιστροφής και την αντίστοιχη σχέση μεταξύ των τριγωνικών και τραπεζοειδών κυματομορφών τους.

Η IA στην τριγωνική κυματομορφή υποδεικνύει το ελάχιστο σημείο αρχικοποίησης που μπορεί να θεωρηθεί μηδέν, στην αρχή της περιόδου ενεργοποίησης του MOSFET, και επίσης ένα υψηλότερο επίπεδο κορυφής ρεύματος που παραμένει στην πρωτεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστής τη στιγμή έως ότου το MOSFET ενεργοποιηθεί ξανά, κατά τη διάρκεια της λειτουργίας CCM.

Το IB μπορεί να θεωρηθεί ως το σημείο τερματισμού του τρέχοντος μεγέθους, ενώ το mosfet ο διακόπτης είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟΣ (διάστημα Ton).

Η κανονικοποιημένη τρέχουσα τιμή IRMS μπορεί να θεωρηθεί ως συνάρτηση του παράγοντα Κ (IA / IB) πάνω από τον άξονα Υ.

Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πολλαπλασιαστής κάθε φορά που πρέπει να υπολογιστούν οι απώλειες αντίστασης για έναν ποικίλο αριθμό σχημάτων κυμάτων με αναφορά σε μια τραπεζοειδή κυματομορφή που έχει μια επίπεδη άνω κυματομορφή.

Αυτό δείχνει επίσης τις εξαιρετικά αναπόφευκτες απώλειες αγωγιμότητας DC της περιέλιξης του μετασχηματιστή και των τρανζίστορ ή των διόδων ως τρέχουσα συνάρτηση κυματομορφής. Χρησιμοποιώντας αυτές τις συμβουλές, ο σχεδιαστής θα είναι σε θέση να αποτρέψει έως και 10 έως 15% απώλειες αγωγιμότητας με τόσο καλά υπολογισμένο σχεδιασμό μετατροπέα.

Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω κριτήρια μπορεί να γίνει σημαντικά κρίσιμο για εφαρμογές που έχουν σχεδιαστεί για να χειρίζονται υψηλά ρεύματα RMS και απαιτούν τη βέλτιστη απόδοση ως βασικά χαρακτηριστικά.

Μπορεί να είναι δυνατόν να εξαλειφθούν οι επιπλέον απώλειες χαλκού, αν και αυτό μπορεί να απαιτήσει μια τρομερή μέγεθος πυρήνα για την κάλυψη του ουσιαστικού μεγαλύτερου εμβαδού παραθύρου, σε αντίθεση με καταστάσεις όπου μόνο οι βασικές προδιαγραφές γίνονται κρίσιμες.

Όπως έχουμε κατανοήσει μέχρι στιγμής, ένας τρόπος λειτουργίας DCM επιτρέπει τη χρήση ενός μετασχηματιστή χαμηλότερου μεγέθους, διαθέτει μεγαλύτερη παροδική απόκριση και λειτουργεί με ελάχιστες απώλειες μεταγωγής.

Επομένως, αυτή η λειτουργία συνιστάται ιδιαίτερα για κυκλώματα επιστροφής που καθορίζονται για υψηλότερες τάσεις εξόδου με σχετικά χαμηλότερες απαιτήσεις αμπέρ.

Παρόλο που μπορεί να είναι δυνατό να σχεδιαστεί ένας μετατροπέας flyback ώστε να λειτουργεί με τις λειτουργίες DCM και CCM, πρέπει να θυμόμαστε ότι κατά τη μετάβαση από τη λειτουργία DCM σε λειτουργία CCM, αυτή η λειτουργία μετατόπισης μετατρέπεται σε λειτουργία 2-πόλων, προκαλώντας χαμηλό σύνθετη αντίσταση για τον μετατροπέα.

Αυτή η κατάσταση καθιστά απαραίτητη την ενσωμάτωση πρόσθετων στρατηγικών σχεδιασμού, συμπεριλαμβανομένων διαφόρων βρόχων (feedback) και αντιστάθμισης κλίσης σε σχέση με το σύστημα εσωτερικού ρεύματος βρόχου. Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι πρέπει να βεβαιωθούμε ότι ο μετατροπέας έχει σχεδιαστεί κυρίως για λειτουργία CCM, αλλά είναι σε θέση να λειτουργεί με τη λειτουργία DCM όταν χρησιμοποιούνται ελαφρύτερα φορτία στην έξοδο.

Ίσως είναι ενδιαφέρον να γνωρίζουμε ότι με τη χρήση προηγμένων μοντέλων μετασχηματιστή, μπορεί να καταστεί δυνατή η ενίσχυση ενός μετατροπέα CCM μέσω καθαρότερης και ελαφρύτερης ρύθμισης φορτίου, καθώς και υψηλής διασταυρούμενης ρύθμισης σε ένα ευρύ φάσμα φορτίου μέσω ενός μετασχηματιστή κλιμακωτού κενού

Σε τέτοιες περιπτώσεις ένα μικρό κενό πυρήνα ενισχύεται εισάγοντας ένα εξωτερικό στοιχείο όπως μια μονωτική ταινία ή χαρτί, προκειμένου να προκαλέσει αρχικά υψηλή αυτεπαγωγή, και επίσης να επιτρέψει τη λειτουργία CCM με ελαφρύτερα φορτία. Θα το συζητήσουμε περίπλοκα κάποια άλλη φορά τα επόμενα άρθρα μου.

Έχοντας τέτοια ευέλικτα χαρακτηριστικά λειτουργίας DCM, δεν αποτελεί έκπληξη ότι γίνεται η δημοφιλής επιλογή κάθε φορά που απαιτείται σχεδιασμός SMPS χωρίς προβλήματα, αποτελεσματική και χαμηλής ισχύος.

Στη συνέχεια θα μάθουμε τις βήμα προς βήμα οδηγίες σχετικά με τον τρόπο σχεδιασμού ενός μετατροπέα flyback mode DCM.

DCM Flyback Design Εξισώσεις και Διαδοχικές Απαιτήσεις Αποφάσεων

Βήμα 1:
Αξιολογήστε και εκτιμήστε τις απαιτήσεις σχεδιασμού σας. Ολα Σχεδιασμός SMPS πρέπει να ξεκινήσει με την αξιολόγηση και τον καθορισμό των προδιαγραφών του συστήματος. Θα πρέπει να ορίσετε και να εκχωρήσετε τις ακόλουθες παραμέτρους:

προδιαγραφές εισόδου για DCM flyback

Γνωρίζουμε ότι η παράμετρος απόδοσης είναι η κρίσιμη που πρέπει να αποφασιστεί πρώτα, ο ευκολότερος τρόπος είναι να ορίσετε έναν στόχο περίπου 75% έως 80%, ακόμα κι αν ο σχεδιασμός σας είναι σχεδιασμός χαμηλού κόστους. Η συχνότητα μεταγωγής δηλώνεται ως

Το Fsw γενικά πρέπει να διακυβεύεται ενώ παίρνει το καλύτερο του μεγέθους του μετασχηματιστή και των απωλειών που προκύπτουν λόγω της αλλαγής και του EMI. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να χρειαστεί να αποφασίσει για μια συχνότητα μεταγωγής τουλάχιστον κάτω από 150kHz. Συνήθως αυτό μπορεί να επιλεγεί μεταξύ εύρους 50kHz και 100kHz.

Επιπλέον, σε περίπτωση που απαιτούνται περισσότερες από μία έξοδο για το σχεδιασμό, η μέγιστη τιμή ισχύος Pout θα πρέπει να προσαρμοστεί ως η συνδυασμένη τιμή των δύο εξόδων.

Ίσως σας ενδιαφέρει να γνωρίζετε ότι μέχρι πρόσφατα τα πιο δημοφιλή συμβατικά σχέδια SMPS είχαν το mosfet και το Ελεγκτής εναλλαγής PWM ως δύο διαφορετικά μεμονωμένα στάδια, ενσωματωμένα μαζί σε διάταξη PCB, αλλά σήμερα στις σύγχρονες μονάδες SMPS αυτά τα δύο στάδια μπορούν να βρεθούν ενσωματωμένα σε ένα πακέτο και να κατασκευαστούν ως μονά IC.

Κυρίως, οι παράμετροι που συνήθως λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό ενός μετατροπέα SMPS flyback είναι 1) Η εφαρμογή ή οι προδιαγραφές φορτίου, 2) Κόστος 3) Ισχύς αναμονής και 4) Πρόσθετα χαρακτηριστικά προστασίας.

Όταν χρησιμοποιούνται ενσωματωμένα IC, συνήθως τα πράγματα γίνονται πολύ πιο εύκολα, καθώς απαιτεί μόνο τον μετασχηματιστή και λίγα εξωτερικά παθητικά στοιχεία να υπολογιστούν για το σχεδιασμό ενός βέλτιστου μετατροπέα flyback.

Ας δούμε τις λεπτομέρειες σχετικά με τους σχετικούς υπολογισμούς για το σχεδιασμό ενός flaback SMPS.

Υπολογισμός του Input Capacitor Cin και του εύρους τάσης DC εισόδου

Ανάλογα με τις προδιαγραφές τάσης εισόδου και ισχύος, ο τυπικός κανόνας για την επιλογή Cin που αναφέρεται επίσης ως πυκνωτής σύνδεσης DC μπορεί να ενημερωθεί από τις ακόλουθες εξηγήσεις:

συνιστώμενη είσοδος Cin ανά watt

Προκειμένου να εξασφαλιστεί ένα ευρύ φάσμα λειτουργίας, μπορεί να επιλεγεί 2uF ανά watt ή υψηλότερη τιμή για έναν πυκνωτή σύνδεσης DC, ο οποίος θα σας επιτρέψει να έχετε εύρος καλής ποιότητας για αυτό το στοιχείο.

Στη συνέχεια, ενδέχεται να απαιτηθεί να προσδιοριστεί η ελάχιστη τάση εισόδου DC που μπορεί να ληφθεί επιλύοντας:

Τύπος DC πυκνωτή σύνδεσης

Όπου η εκφόρτιση γίνεται ο λόγος λειτουργίας του πυκνωτή σύνδεσης DC, ο οποίος μπορεί να είναι περίπου 0,2

Ελάχιστη μέγιστη τάση πυκνωτή σύνδεσης DC

Στο παραπάνω σχήμα μπορούμε να απεικονίσουμε την τάση του πυκνωτή σύνδεσης DC. Όπως φαίνεται, η τάση εισόδου προκύπτει κατά τη μέγιστη ισχύ εξόδου και την ελάχιστη τάση AC εισόδου, ενώ η μέγιστη τάση εισόδου DC προκύπτει κατά την ελάχιστη ισχύ εισόδου (απουσία φορτίου) και κατά τη διάρκεια της μέγιστης τάσης AC εισόδου.

Σε περίπτωση που δεν υπάρχει κατάσταση φόρτωσης, μπορούμε να δούμε μια μέγιστη τάση εισόδου DC, κατά την οποία ο πυκνωτής φορτίζει στο μέγιστο επίπεδο της τάσης εισόδου AC και αυτές οι τιμές μπορούν να εκφραστούν με την ακόλουθη εξίσωση:

Εξίσωση πυκνωτή σύνδεσης DC

Βήμα 3:

Αξιολόγηση της επαγόμενης τάσης Vly Flyback και της μέγιστης τάσης τάσης στο MOSFET VDS. Η επαγόμενη από Flyback τάση VR θα μπορούσε να γίνει κατανοητή ως η τάση που προκαλείται κατά μήκος της πρωτεύουσας πλευράς του μετασχηματιστή όταν το mosfet Q1 είναι σε κατάσταση OFF.

Η παραπάνω συνάρτηση με τη σειρά της επηρεάζει τη μέγιστη βαθμολογία VDS του mosfet, η οποία μπορεί να επιβεβαιωθεί και να προσδιοριστεί επιλύοντας την ακόλουθη εξίσωση:

μέγιστη βαθμολογία VDS του mosfet

Όπου, Vspike είναι η ακίδα τάσης που δημιουργείται λόγω επαγωγής διαρροής μετασχηματιστή.

Αρχικά, μπορεί να ληφθεί 30% Vspike από το VDSmax.

Η ακόλουθη λίστα μας λέει πόση ανακλώμενη τάση ή επαγόμενη τάση μπορεί να συνιστάται για MOSFET με ονομαστική τιμή 650V έως 800V και έχοντας αρχική οριακή τιμή VR χαμηλότερη από 100V για ένα αναμενόμενο εύρος τάσης εισόδου.

Η ανακλώμενη τάση ή η επαγόμενη τάση μπορεί να συνιστάται για 650V έως 800V

Η επιλογή του σωστού VR μπορεί να είναι μια συμφωνία μεταξύ του επιπέδου τάσης τάσης στον δευτερεύοντα ανορθωτή και των προδιαγραφών πρωτογενούς πλευρικού mosfet.

Εάν το VR επιλεγεί πολύ υψηλό μέσω αυξημένης αναλογίας στροφής, θα δημιουργηθεί μεγαλύτερο VDSmax, αλλά χαμηλότερο επίπεδο τάσης τάσης στη δευτερεύουσα πλευρική δίοδο.

Και αν το VR επιλεγεί πολύ μικρό μέσω μικρότερης αναλογίας στροφής, θα προκαλούσε το VDSmax μικρότερο, αλλά θα είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση του επιπέδου πίεσης στη δευτερεύουσα δίοδο.

Μια μεγαλύτερη πρωτεύουσα πλευρά VDSmax θα εξασφαλίσει όχι μόνο χαμηλότερο επίπεδο πίεσης στη δευτερεύουσα δευτερεύουσα δίοδο και μείωση του πρωτογενούς ρεύματος, αλλά θα επιτρέψει επίσης να εφαρμοστεί ένας οικονομικά αποδοτικός σχεδιασμός.

Επιστροφή με λειτουργία DCM

Πώς να υπολογίσετε το Dmax ανάλογα με το Vreflected και το Vinmin

Ένας μέγιστος κύκλος λειτουργίας μπορεί να αναμένεται σε περιπτώσεις VDCmin. Για αυτήν την περίπτωση μπορούμε να σχεδιάσουμε τον μετασχηματιστή κατά μήκος των ορίων DCM και CCM. Σε αυτήν την περίπτωση ο κύκλος λειτουργίας θα μπορούσε να παρουσιάζεται ως:

μέγιστος κύκλος λειτουργίας VDCmin

Βήμα 4:

Τρόπος υπολογισμού ρεύματος πρωτογενούς επαγωγής

Σε αυτό το βήμα θα υπολογίσουμε την πρωταρχική αυτεπαγωγή και το πρωτεύον ρεύμα αιχμής.

Οι ακόλουθοι τύποι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό πρωτογενούς ρεύματος αιχμής:

εντοπισμός πρωτογενούς ρεύματος flyback

Μόλις επιτευχθούν τα παραπάνω, μπορούμε να προχωρήσουμε και να υπολογίσουμε την πρωταρχική αυτεπαγωγή χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο, εντός των ορίων του μέγιστου κύκλου λειτουργίας.

υπολογίστε την πρωταρχική επαγωγή flyback

Πρέπει να ληφθεί μέριμνα σχετικά με το flyback, δεν πρέπει να μεταβεί στη λειτουργία CCM λόγω οποιασδήποτε μορφής υπερβολικών συνθηκών φόρτωσης και για αυτήν τη μέγιστη προδιαγραφή ισχύος πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά τον υπολογισμό του Poutmax στην εξίσωση # 5. Η αναφερθείσα κατάσταση μπορεί επίσης να συμβεί σε περίπτωση αύξησης της επαγωγής πάνω από την τιμή Lprimax, οπότε λάβετε υπόψη σας.

Βήμα 5 :

Τρόπος επιλογής βέλτιστου βαθμού και μεγέθους πυρήνα:

Μπορεί να φαίνεται αρκετά εκφοβιστικό, ενώ επιλέγετε τη σωστή βασική προδιαγραφή και δομή εάν σχεδιάζετε ένα flyback για πρώτη φορά. Δεδομένου ότι αυτό μπορεί να περιλαμβάνει σημαντικό αριθμό παραγόντων και μεταβλητών που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Μερικά από αυτά που μπορεί να είναι κρίσιμα είναι η γεωμετρία πυρήνα (π.χ. πυρήνας ΕΕ / πυρήνας RM / πυρήνας PQ κ.λπ.), η διάσταση του πυρήνα (π.χ. EE19, RM8 PQ20 κ.λπ.) και το υλικό πυρήνα (π.χ. 3C96. TP4, 3F3 και τα λοιπά).

Εάν είστε ανίδεοι σχετικά με το πώς να προχωρήσετε με τις παραπάνω προδιαγραφές, ένας αποτελεσματικός τρόπος για να αντιμετωπίσετε αυτό το πρόβλημα θα μπορούσε να είναι να ανατρέξετε σε ένα βασικός οδηγός επιλογής πυρήνα από τον κατασκευαστή του πυρήνα, ή μπορείτε επίσης να λάβετε τη βοήθεια στον ακόλουθο πίνακα, ο οποίος σας δίνει περίπου τις τυπικές διαστάσεις πυρήνα ενώ σχεδιάζετε μια επιστροφή DCM 65kHz, με αναφορά στην ισχύ εξόδου.

επιλογή μεγέθους πυρήνα για μετατροπέα flyback

Μόλις τελειώσετε με την επιλογή του μεγέθους του πυρήνα, είναι καιρός να επιλέξετε το σωστό μασούρι, το οποίο θα μπορούσε να αποκτηθεί σύμφωνα με το βασικό φύλλο δεδομένων. Πρόσθετες ιδιότητες του μπομπίνας όπως αριθμός πείρων, βάση PCB ή SMD, οριζόντια ή κατακόρυφη τοποθέτηση όλα αυτά μπορεί επίσης να πρέπει να θεωρηθούν ως ο προτιμώμενος σχεδιασμός

Το υλικό πυρήνα είναι επίσης κρίσιμο και πρέπει να επιλεγεί με βάση τη συχνότητα, την πυκνότητα μαγνητικής ροής και τις απώλειες πυρήνα.

Αρχικά μπορείτε να δοκιμάσετε παραλλαγές με τα ονόματα 3F3, 3C96 ή TP4A, να θυμάστε ότι τα ονόματα του διαθέσιμου βασικού υλικού μπορεί να είναι διαφορετικά για πανομοιότυπους τύπους ανάλογα με τη συγκεκριμένη κατασκευή.

Πώς να υπολογίσετε τις ελάχιστες κύριες στροφές ή το τύλιγμα

Όπου ο όρος Bmax σημαίνει τη μέγιστη πυκνότητα ροής λειτουργίας, το Lpri σας λέει για την πρωταρχική επαγωγή, το Ipri γίνεται το κύριο ρεύμα αιχμής, ενώ το Ae προσδιορίζει την περιοχή διατομής του επιλεγμένου τύπου πυρήνα.

Πρέπει να θυμόμαστε ότι το Bmax δεν πρέπει ποτέ να επιτρέπεται να υπερβαίνει την πυκνότητα ροής κορεσμού (Bsat) όπως καθορίζεται στο φύλλο δεδομένων του υλικού πυρήνα. Ενδέχεται να βρείτε μικρές διαφορές στο Bsat για πυρήνες φερρίτη, ανάλογα με τις προδιαγραφές όπως τον τύπο υλικού και τη θερμοκρασία, ωστόσο η πλειοψηφία αυτών θα έχει τιμή κοντά στα 400mT.

Εάν δεν βρείτε αναλυτικά δεδομένα αναφοράς, μπορείτε να πάτε με Bmax 300mT. Αν και η επιλογή υψηλότερου Bmax μπορεί να βοηθήσει στη μείωση του αριθμού των πρωτογενών στροφών και της χαμηλότερης αγωγιμότητας, η απώλεια πυρήνα μπορεί να αυξηθεί σημαντικά. Προσπαθήστε να βελτιστοποιήσετε μεταξύ των τιμών αυτών των παραμέτρων, έτσι ώστε η απώλεια πυρήνα και η απώλεια χαλκού να διατηρούνται εντός αποδεκτών ορίων.

Βήμα 6:

Πώς να υπολογίσετε τον αριθμό των στροφών για την κύρια δευτερεύουσα έξοδο (Ns) και τις διάφορες βοηθητικές εξόδους (Naux)

Ωστε να προσδιορίστε τις δευτερεύουσες στροφές Πρέπει πρώτα να βρούμε τον λόγο στροφής (n), ο οποίος μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

Υπολογίστε τον αριθμό των στροφών για την κύρια δευτερεύουσα έξοδο (Ns) και τις διάφορες βοηθητικές εξόδους (Naux)

Όπου το Np είναι οι κύριες στροφές και το Ns είναι ο δευτερεύων αριθμός στροφών, το Vout υποδηλώνει την τάση εξόδου και το VD μας λέει σχετικά με την πτώση τάσης στη δευτερεύουσα δίοδο.

Για τον υπολογισμό των στροφών για τις βοηθητικές εξόδους για μια επιθυμητή τιμή Vcc, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο ακόλουθος τύπος:

υπολογισμός των στροφών για τις βοηθητικές εξόδους

Μια βοηθητική περιέλιξη καθίσταται κρίσιμη σε όλους τους μετατροπείς flyback για την παροχή της αρχικής τροφοδοσίας εκκίνησης στο IC ελέγχου. Αυτή η τροφοδοσία VCC χρησιμοποιείται συνήθως για την τροφοδοσία του εναλλασσόμενου IC στην πρωτεύουσα πλευρά και θα μπορούσε να καθοριστεί σύμφωνα με την τιμή που δίνεται στο δελτίο δεδομένων του IC. Εάν ο υπολογισμός δίνει μια μη ακέραια τιμή, απλώς στρογγυλοποιήστε τη χρησιμοποιώντας την άνω ακέραια τιμή ακριβώς πάνω από αυτόν τον μη ακέραιο αριθμό.

Πώς να υπολογίσετε το μέγεθος του καλωδίου για την επιλεγμένη περιέλιξη εξόδου

Για να υπολογίσουμε σωστά τα μεγέθη των καλωδίων για τις διάφορες περιελίξεις, πρέπει πρώτα να μάθουμε την τρέχουσα προδιαγραφή RMS για την μεμονωμένη περιέλιξη.

Μπορεί να γίνει με τους ακόλουθους τύπους:

Ως σημείο εκκίνησης, μια πυκνότητα ρεύματος από 150 έως 400 κυκλικά mil ανά Αμπέρ, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του εύρους του καλωδίου. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει την αναφορά για την επιλογή του κατάλληλου καλωδίου χρησιμοποιώντας 200M / A, σύμφωνα με την τρέχουσα τιμή RMS. Σας δείχνει επίσης τη διάμετρο του σύρματος και τη βασική μόνωση για ένα ανάμεικτο εύρος καλωδίων από σμάλτο χαλκού.

προτεινόμενο εύρος καλωδίων με βάση το τρέχον RMS

Βήμα 8:

Λαμβάνοντας υπόψη την κατασκευή του μετασχηματιστή και την επανάληψη σχεδιασμού τυλίγματος

Αφού ολοκληρώσετε τον καθορισμό των παραπάνω παραμέτρων μετασχηματιστή, καθίσταται σημαντικό να αξιολογήσετε πώς να προσαρμόσετε τη διάσταση του καλωδίου και τον αριθμό των στροφών στο υπολογισμένο μέγεθος του πυρήνα του μετασχηματιστή και το καθορισμένο μπομπίνα. Για να επιτευχθεί αυτό σωστά, ενδέχεται να απαιτηθούν αρκετές επαναλήψεις ή πειραματισμοί για τη βελτιστοποίηση των βασικών προδιαγραφών σε σχέση με το εύρος καλωδίων και τον αριθμό των στροφών.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει την περιοχή περιέλιξης για ένα δεδομένο Πυρήνας ΕΕ . Αναφορικά με το υπολογισμένο πάχος καλωδίου και τον αριθμό των στροφών για την μεμονωμένη περιέλιξη, μπορεί να είναι πιθανό να εκτιμηθεί κατά προσέγγιση εάν η περιέλιξη θα ταιριάζει στην διαθέσιμη περιοχή περιέλιξης (w και h) ή όχι. Εάν η περιέλιξη δεν χωρά, τότε μία από τις παραμέτρους εκτός αριθμού στροφών, μετρητή καλωδίου ή το μέγεθος πυρήνα ή περισσότερες από 1 παράμετροι μπορεί να απαιτούν κάποια ρύθμιση έως ότου η περιέλιξη ταιριάζει βέλτιστα.

περιοχή περιέλιξης για έναν δεδομένο πυρήνα ΕΕ

Η διάταξη περιέλιξης είναι ζωτικής σημασίας καθώς η απόδοση λειτουργίας και η αξιοπιστία του μετασχηματιστή εξαρτώνται σημαντικά από αυτήν. Συνιστάται η χρήση διάταξης σάντουιτς ή δομής για την περιέλιξη προκειμένου να περιοριστεί η διαρροή επαγωγής, όπως υποδεικνύεται στο Σχ. 5.

Επίσης, προκειμένου να ικανοποιηθούν και να συμμορφωθούν με τους διεθνείς κανόνες ασφαλείας, ο σχεδιασμός πρέπει να έχει επαρκές εύρος μόνωσης στα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα στρώματα περιέλιξης. Αυτό μπορεί να διασφαλιστεί χρησιμοποιώντας τη δομή περιθωρίου-πληγής ή χρησιμοποιώντας ένα δευτερεύον σύρμα που έχει τριπλή μονωμένη βαθμολογία σύρματος, όπως φαίνεται στην ακόλουθη αντίστοιχη εικόνα

flyback μετασχηματιστές διεθνή συστήματα περιέλιξης

Η χρήση τριπλού μονωμένου καλωδίου για τη δευτερεύουσα περιέλιξη γίνεται η ευκολότερη επιλογή για γρήγορη επιβεβαίωση των διεθνών νόμων περί ασφάλειας σχετικά με τα σχέδια SMP flyback. Ωστόσο, αυτά τα ενισχυμένα σύρματα μπορεί να έχουν λίγο μεγαλύτερο πάχος σε σύγκριση με την κανονική παραλλαγή που αναγκάζει την περιέλιξη να καταλαμβάνει περισσότερο χώρο και μπορεί να απαιτήσει επιπλέον προσπάθεια για προσαρμογή εντός του επιλεγμένου μπομπίνα.

Βήμα 9

Πώς να σχεδιάσετε το Κύριο Κύκλωμα Σφιγκτήρα

Στην ακολουθία μεταγωγής, για τις περιόδους OFF του mosfet, μια ακίδα υψηλής τάσης με τη μορφή επαγωγής διαρροής υποβάλλεται σε όλη την αποστράγγιση / πηγή mosfet, η οποία θα μπορούσε να οδηγήσει σε διακοπή της χιονοστιβάδας, καταστρέφοντας τελικά το mosfet.

Για να αντιμετωπιστεί αυτό, ένα κύκλωμα σύσφιξης συνήθως διαμορφώνεται κατά μήκος της πρωτεύουσας περιέλιξης, το οποίο περιορίζει αμέσως την παραγόμενη ακίδα σε κάποια ασφαλή χαμηλότερη τιμή.

Θα βρείτε μερικά σχέδια κυκλωμάτων σύσφιξης που μπορούν να ενσωματωθούν για το σκοπό αυτό, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

πρωτεύον κύκλωμα σφιγκτήρα flyback

Πρόκειται για τον σφιγκτήρα RCD και τον σφιγκτήρα Diode / Zener, όπου ο τελευταίος είναι πολύ πιο εύκολος στη διαμόρφωση και την εφαρμογή από την πρώτη επιλογή. Σε αυτό το κύκλωμα σφιγκτήρα χρησιμοποιούμε έναν συνδυασμό διόδου ανορθωτή και δίοδος Zener υψηλής τάσης, όπως TVS (παροδικός καταπιεστής τάσης) για τη σύσφιξη της ακίδας αύξησης.

Η λειτουργία του Δίοδος Ζένερ είναι να κλιπ ή να περιορίσετε αποτελεσματικά την ακίδα τάσης έως ότου η τάση διαρροής απομακρυνθεί πλήρως μέσω της διόδου Zener. Το πλεονέκτημα ενός σφιγκτήρα διόδου Zener είναι ότι το κύκλωμα ενεργοποιείται και σφίγγει μόνο όταν η συνδυασμένη τιμή VR και Vspike υπερβαίνει την προδιαγραφή βλάβης της διόδου Zener και, αντίστροφα, αρκεί η ακίδα να είναι κάτω από την ανάλυση Zener ή ένα ασφαλές επίπεδο, ο σφιγκτήρας μπορεί να μην ενεργοποιηθεί καθόλου, χωρίς να επιτρέπεται καμία περιττή απόρριψη ισχύος.

Τρόπος επιλογής αξιολόγησης διόδων σύσφιξης / Zener

Πρέπει πάντα να είναι διπλάσια από την τιμή της ανακλώμενης τάσης VR ή της υποτιθέμενης τάσης ακίδας.
Η διόρθωση ανορθωτή πρέπει να είναι εξαιρετικά γρήγορη ανάκτηση ή ένας τύπος δίοδος schottky με βαθμολογία υψηλότερη από τη μέγιστη τάση σύνδεσης DC.

Η εναλλακτική επιλογή του τύπου σύσφιξης RCD έχει το μειονέκτημα της επιβράδυνσης του dv / dt του MOSFET. Εδώ η παράμετρος αντίστασης της αντίστασης γίνεται κρίσιμη ενώ περιορίζει την ακίδα τάσης. Εάν επιλεγεί μια χαμηλή τιμή Rclamp, θα βελτιώσει την προστασία των ακίδων, αλλά θα μπορούσε να αυξήσει τη διάχυση και την σπατάλη ενέργειας. Αντιστρόφως, εάν έχει επιλεγεί Rclamp υψηλότερης τιμής, αυτό θα βοηθούσε στην ελαχιστοποίηση της εξάλειψης, αλλά μπορεί να μην είναι τόσο αποτελεσματικό καταστολή των αιχμών .

Αναφερόμενος στο παραπάνω σχήμα, για να διασφαλιστεί το VR = Vspike, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ο ακόλουθος τύπος

τύπος flyback Rclamp

Όπου το Lleak υποδηλώνει την επαγωγή του μετασχηματιστή και μπορεί να βρεθεί κάνοντας ένα βραχυκύκλωμα κατά μήκος της δευτερεύουσας περιέλιξης, ή εναλλακτικά, ένας κανόνας της αξίας θα μπορούσε να ενσωματωθεί εφαρμόζοντας το 2 έως 4% της αρχικής τιμής επαγωγής.

Σε αυτήν την περίπτωση ο πυκνωτής Cclamp θα πρέπει να είναι ουσιαστικά μεγάλος που αναστέλλει την αύξηση της τάσης κατά τη διάρκεια της περιόδου απορρόφησης της ενέργειας διαρροής.

Η τιμή του Cclamp μπορεί να επιλεγεί μεταξύ 100pF έως 4,7nF, η ενέργεια που αποθηκεύεται μέσα σε αυτόν τον πυκνωτή θα αποφορτιστεί και θα ανανεωθεί γρήγορα από το Rclamp κατά τη διάρκεια του κύκλου εναλλαγής eacj.

Βήμα10

Τρόπος επιλογής διόδου ανορθωτή εξόδου

Αυτό μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο που φαίνεται παραπάνω.

Βεβαιωθείτε ότι έχετε επιλέξει τις προδιαγραφές έτσι ώστε η μέγιστη αντίστροφη τάση ή το VRRM της διόδου να μην είναι μικρότερο από 30% από το VRVdiode, και επίσης να βεβαιωθείτε ότι το IF ή η χιονοστιβάδα προς τα εμπρός τρέχουσα προδιαγραφή είναι τουλάχιστον 50% μεγαλύτερη από το IsecRMS. Προτιμήστε κατά προτίμηση μια δίοδο schottky για να ελαχιστοποιήσετε τις απώλειες αγωγιμότητας.

Με ένα κύκλωμα DCM το μέγιστο ρεύμα Flyback μπορεί να είναι υψηλό, επομένως δοκιμάστε να επιλέξετε μια δίοδο με χαμηλότερη τάση προς τα εμπρός και σχετικά υψηλότερες προδιαγραφές ρεύματος, σε σχέση με το επιθυμητό επίπεδο απόδοσης.

Βήμα 11

Πώς να επιλέξετε την τιμή του πυκνωτή εξόδου

Επιλογή α σωστά υπολογισμένος πυκνωτής εξόδου ενώ ο σχεδιασμός ενός flyback μπορεί να είναι εξαιρετικά κρίσιμος, επειδή σε μια τοπολογία flyback η αποθηκευμένη επαγωγική ενέργεια δεν είναι διαθέσιμη μεταξύ της διόδου και του πυκνωτή, πράγμα που σημαίνει ότι η τιμή του πυκνωτή πρέπει να υπολογιστεί λαμβάνοντας υπόψη 3 σημαντικά κριτήρια:

1) Χωρητικότητα
2) ESR
3) ρεύμα RMS

Η ελάχιστη δυνατή τιμή θα μπορούσε να προσδιοριστεί ανάλογα με τη λειτουργία της μέγιστης αποδεκτής τάσης κυματισμού εξόδου από κορυφή σε κορυφή και μπορεί να προσδιοριστεί μέσω του ακόλουθου τύπου:

Όπου Ncp δηλώνει τον αριθμό των κύριων παλμών δευτερεύοντος ρολογιού που απαιτείται από την ανάδραση ελέγχου για τον έλεγχο της λειτουργίας από τις καθορισμένες μέγιστες και ελάχιστες τιμές. Αυτό μπορεί συνήθως να απαιτεί περίπου 10 έως 20 κύκλους εναλλαγής.
Το Iout αναφέρεται στο μέγιστο ρεύμα εξόδου (Iout = Poutmax / Vout).

Για να προσδιορίσετε τη μέγιστη τιμή RMS για τον πυκνωτή εξόδου, χρησιμοποιήστε τον ακόλουθο τύπο:

μέγιστη τιμή RMS για τον πυκνωτή εξόδου

Για μια καθορισμένη υψηλή συχνότητα μεταγωγής του flyback, το μέγιστο ρεύμα αιχμής από τη δευτερεύουσα πλευρά του μετασχηματιστή θα παράγει αντίστοιχα υψηλή τάση κυματισμού, επιβαλλόμενη κατά μήκος του ισοδύναμου ESR του πυκνωτή εξόδου. Λαμβάνοντας υπόψη αυτό, πρέπει να διασφαλιστεί ότι η βαθμολογία ESRmax του πυκνωτή δεν υπερβαίνει την καθορισμένη αποδεκτή ικανότητα ρεύματος κυματισμού του πυκνωτή.

Ο τελικός σχεδιασμός μπορεί ουσιαστικά να περιλαμβάνει την επιθυμητή βαθμολογία τάσης και την ικανότητα ρεύματος κυματισμού του πυκνωτή, με βάση την πραγματική αναλογία της επιλεγμένης τάσης εξόδου και του ρεύματος της επιστροφής.

Βεβαιωθείτε ότι το Τιμή ESR προσδιορίζεται από το φύλλο δεδομένων με βάση τη συχνότητα μεγαλύτερη από 1kHz, η οποία μπορεί να υποτεθεί ότι κυμαίνεται μεταξύ 10kHz και 100kHz.

Θα ήταν ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι ένας μοναχικός πυκνωτής με χαμηλή προδιαγραφή ESR μπορεί να είναι αρκετός για τον έλεγχο του κυματισμού εξόδου. Μπορείτε να προσπαθήσετε να συμπεριλάβετε ένα μικρό φίλτρο LC για ρεύματα υψηλότερης αιχμής, ειδικά εάν το flyback έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με λειτουργία DCM, κάτι που μπορεί να εγγυηθεί έναν αρκετά καλό έλεγχο τάσης κυματισμού στην έξοδο.

Βήμα12

Περαιτέρω σημαντικές εκτιμήσεις:

A) Τρόπος επιλογής τάσης και τρέχουσας βαθμολογίας, για τον ανορθωτή πρωτογενούς πλευρικής γέφυρας.

Επιλέξτε Τάση και Τρέχουσα βαθμολογία, για τον ανορθωτή Πρωτεύουσας πλευράς Bridge

Μπορεί να γίνει μέσω της παραπάνω εξίσωσης.

Σε αυτόν τον τύπο PF σημαίνει συντελεστή ισχύος της τροφοδοσίας, μπορούμε να εφαρμόσουμε 0,5 σε περίπτωση που μια σωστή αναφορά δεν είναι δυνατή. Για τον ανορθωτή γέφυρας επιλέξτε τις διόδους ή το δομοστοιχείο με βαθμολογία εμπρός ενισχυτή 2 φορές περισσότερο από το IACRMS. Για την ονομαστική τάση, θα μπορούσε να επιλεγεί στα 600V για μέγιστη προδιαγραφή εισόδου AC 400V.

B) Πώς να επιλέξετε την τρέχουσα αντίσταση αίσθησης (Rsense):

Μπορεί να υπολογιστεί με την ακόλουθη εξίσωση. Η αντίσταση ανίχνευσης Rsense ενσωματώνεται για να ερμηνεύσει τη μέγιστη ισχύ στην έξοδο του flyback. Η τιμή Vcsth θα μπορούσε να προσδιοριστεί με αναφορά στο φύλλο δεδομένων IC του ελεγκτή, το Ip (max) υποδηλώνει το κύριο ρεύμα

Γ) Επιλογή του VCC του πυκνωτή:

Ένα βέλτιστο τιμή χωρητικότητας είναι ζωτικής σημασίας για τον πυκνωτή εισόδου να αποδώσει μια σωστή περίοδο εκκίνησης. Συνήθως οποιαδήποτε τιμή μεταξύ 22uF έως 47uF κάνει τη δουλειά ωραία. Ωστόσο, εάν αυτό επιλεγεί πολύ χαμηλότερο θα μπορούσε να οδηγήσει σε ενεργοποίηση ενός «κλειδώματος υπό τάση» στο IC του ελεγκτή, προτού η Vcc μπορέσει να αναπτυχθεί από τον μετατροπέα. Αντιθέτως, μια μεγαλύτερη τιμή χωρητικότητας θα μπορούσε να οδηγήσει σε ανεπιθύμητη καθυστέρηση του χρόνου εκκίνησης του μετατροπέα.

Επιπλέον, βεβαιωθείτε ότι αυτός ο πυκνωτής είναι της καλύτερης ποιότητας, με πολύ καλές προδιαγραφές ESR και κυματισμού, ισοδύναμες με την έξοδο προδιαγραφές πυκνωτή . Συνιστάται ανεπιφύλακτα να συνδέσετε έναν άλλο πυκνωτή μικρότερης τιμής της τάξης των 100nF, παράλληλα με τον παραπάνω πυκνωτή που συζητήθηκε, και όσο το δυνατόν πιο κοντά στα πτερύγια Vcc / γείωσης IC του ελεγκτή.

Δ) Διαμόρφωση του βρόχου ανατροφοδότησης:

Η αντιστάθμιση βρόχου ανατροφοδότησης καθίσταται σημαντική για να σταματήσει η παραγωγή ταλαντώσεων. Η ρύθμιση της αντιστάθμισης βρόχου μπορεί να είναι απλούστερη για τη λειτουργία επιστροφής DCM από μια μονάδα CCM, λόγω της απουσίας «δεξιού μισού επιπέδου μηδέν» στο στάδιο ισχύος και επομένως δεν απαιτείται αντιστάθμιση.

Διαμόρφωση του βρόχου σχολίων Flyback

Όπως αναφέρθηκε στο παραπάνω σχήμα, ένα απλό RC (Rcomp, Ccomp) γίνεται αρκετά αρκετό για να διατηρήσει καλή σταθερότητα σε όλο το βρόχο. Σε γενικές γραμμές, η τιμή Rcomp μπορεί να επιλεγεί οτιδήποτε μεταξύ 1K και 20K, ενώ το Ccomp θα μπορούσε να κυμαίνεται μεταξύ 100nF και 470pF.

Αυτό ολοκληρώνει την περίπλοκη συζήτησή μας για το πώς να σχεδιάσετε και να υπολογίσετε έναν μετατροπέα flyback, εάν έχετε οποιεσδήποτε προτάσεις ή ερωτήσεις, μπορείτε να τα προτείνετε στο ακόλουθο πλαίσιο σχολίων, οι ερωτήσεις σας θα απαντηθούν το συντομότερο δυνατόν.

Ευγένεια: Infineon




Προηγούμενο: Υπερηχητικός ασύρματος δείκτης στάθμης νερού - Solar Powered Επόμενο: Κατανόηση του PID Controller