Litar penukar Flyback

Dalam elektronik, pengatur adalah alat atau mekanisme yang dapat mengatur output daya secara berterusan. Terdapat pelbagai jenis pengatur yang tersedia dalam domain bekalan kuasa. Tetapi terutamanya, dalam kes penukaran DC ke DC, terdapat dua jenis pengatur yang tersedia: Linear atau Switching.

A pengatur linear mengawal output menggunakan penurunan voltan rintangan. Oleh kerana pengatur Linear ini memberikan kecekapan yang lebih rendah dan kehilangan kuasa dalam bentuk panas. Yang menukar pengawal selia penggunaan pengaruh, cahaya, dan suis kuasa untuk pemindahan tenaga dari sumbernya untuk output.

Jenis Pengatur Beralih

Terdapat tiga jenis pengatur beralih yang tersedia.

1. Penukar langkah (Boost Regulator)

2. Penukar Step-Down (pengatur Buck)

3. Flyback Converter (Pengasing Terasing)

Kami sudah menjelaskan rangkaian Boost Regulator dan Buck Regulator. Dalam tutorial ini, kita akan menggambarkan flyback pengatur litar.

The Perbezaan antara tanggungjawab dan rangsangan pengawal selia adalah, dalam pengatur tanggungjawab itu penempatan induktor, diod dan litar pensuisan adalah berbeza daripada pengatur rangsangan. Juga, dalam hal pengatur penguat, voltan keluaran lebih tinggi daripada voltan masukan, tetapi pada pengatur uang, voltan keluaran akan lebih rendah daripada voltan masukan. Topologi buck atau penukar buck adalah salah satu topologi asas yang paling kerap digunakan dalam SMPS. Ini adalah pilihan yang popular di mana kita perlu menukar voltan yang lebih tinggi kepada voltan keluaran yang lebih rendah.

Selain pengatur tersebut, ada regulator lain yang ada yang menjadi pilihan popular bagi semua pereka, yaitu regulator Flyback atau penukar Flyback. Ini adalah topologi serba boleh yang boleh digunakan di mana banyak output diperlukan dari satu bekalan output. Bukan hanya itu, topologi flyback membolehkan pereka mengubah polaritas output pada masa yang sama. Sebagai contoh, kita boleh membuat output + 5V, + 9V dan -9V dari modul penukar tunggal. Kecekapan penukaran adalah tinggi dalam kedua-dua kes tersebut.

Perkara lain dalam penukar Flyback adalah pengasingan elektrik dalam input dan output. Mengapa kita memerlukan pengasingan? Dalam beberapa kes khas, untuk meminimumkan kebisingan daya, dan operasi yang berkaitan dengan keselamatan, kita memerlukan operasi terpencil, di mana sumber input sepenuhnya terpencil dari sumber output. Mari kita terokai operasi flyback keluaran tunggal asas.

Operasi Litar Penukar Flyback

Sekiranya kita melihat reka bentuk flyback keluaran tunggal asas seperti gambar di bawah, kita akan mengenal pasti komponen utama asas yang diperlukan untuk membuatnya.

Penukar flyback asas memerlukan suis, yang boleh menjadi FET atau transistor, Transformer, Diod keluaran, Kapasitor.

Perkara utama adalah pengubah. Kita perlu memahami kerja pengubah yang betul sebelum memahami operasi litar sebenar.

Transformer terdiri daripada minimum dua induktor, yang dikenali sebagai gegelung sekunder dan primer, digulung dalam bekas gegelung dengan inti di antara. Inti menentukan ketumpatan fluks yang merupakan parameter penting untuk memindahkan tenaga elektrik dari satu belitan ke yang lain. Perkara lain yang paling penting ialah pengubah tahap, titik-titik yang ditunjukkan dalam belitan primer dan sekunder.

Seperti yang kita lihat, isyarat PWM disambungkan melintasi suis transistor. Ini disebabkan oleh kekerapan mematikan dan menghidupkan masa suis. PWM bermaksud teknik modulasi Pulse Width.

Dalam pengatur Flyback, terdapat dua operasi litar, satu adalah fasa Switch On ketika belitan utama transformer diisi, dan satu lagi adalah Matikan atau fasa pemindahan transformer apabila tenaga elektrik dipindahkan dari primer ke sekunder dan akhirnya ke beban.

Sekiranya kita menganggap bahawa suis telah dimatikan untuk masa yang lama, arus dalam litar adalah 0 dan tidak ada voltan.

Dalam keadaan ini, Jika suis dihidupkan maka arus akan meningkat dan induktor akan membuat penurunan voltan, yang titik-negatif kerana voltan lebih negatif di hujung putus utama. Semasa keadaan ini, tenaga mengalir ke sekunder kerana fluks yang dihasilkan di teras. Pada gegelung sekunder, voltan dibuat dalam kekutuban yang sama tetapi voltan berkadar terus dengan nisbah putaran gegelung Sekunder ke Primer. Oleh kerana voltan negatif titik, diod dimatikan dan tiada arus akan mengalir di sekunder. Sekiranya Kapasitor diisi pada kitaran suis-MATI-ON sebelumnya, kapasitor output hanya akan memberikan arus keluaran ke beban.

Pada peringkat seterusnya, apabila suis dimatikan, aliran arus melintasi primer semakin berkurang dan dengan itu menjadikan titik kedua berakhir lebih positif. Sama seperti tahap suis ON sebelumnya, polaritas voltan primer menghasilkan polaritas yang sama pada sekunder juga, sedangkan voltan sekunder berkadar dengan nisbah belitan primer dan sekunder. Oleh kerana titik positif titik, diod dihidupkan dan induktor sekunder pengubah memberikan arus ke kapasitor output dan beban. Kapasitor kehilangan cas dalam kitaran ON, sekarang diisi semula lagi dan mampu memberikan arus cas ke beban semasa waktu ON ON.

Dalam keseluruhan kitaran ON dan OFF, tidak ada sambungan elektrik yang wujud antara bekalan kuasa input ke sumber kuasa output. Oleh itu, pengubah mengasingkan Input dan Output.

Terdapat dua mod operasi bergantung pada masa hidup dan mati. Flyback converter boleh beroperasi dalam mod berterusan atau mod tak putus.

Dalam mod berterusan, sebelum cas Utama, arus pergi ke Sifar, kitaran berulang. Sebaliknya, dalam mod tidak bersambung, kitaran seterusnya hanya bermula apabila arus induktor utama menuju ke Zero.

Kecekapan

Sekarang, jika kita menyiasat kecekapan, yang merupakan nisbah output dengan daya input:

(Pout / Pin) x 100%

Oleh kerana tenaga tidak dapat dibuat atau dimusnahkan, ia hanya dapat ditukarkan, kebanyakan tenaga elektrik melepaskan kuasa yang tidak digunakan menjadi panas. Juga, tidak ada situasi yang ideal dalam bidang praktikal. Kecekapan adalah faktor besar untuk memilih pengatur voltan.

Salah satu faktor kehilangan kuasa utama untuk pengatur beralih adalah dioda. Penurunan voltan ke depan berlipat kali ganda dengan arus (Vf xi) adalah watt yang tidak digunakan yang diubah menjadi panas dan mengurangkan kecekapan litar pengatur beralih. Juga, itu adalah kos tambahan untuk litar untuk teknik pengurusan haba / panas seperti menggunakan heatsink, atau Kipas untuk menyejukkan litar dari panas yang hilang. Bukan hanya penurunan voltan ke hadapan, pemulihan terbalik untuk diod silikon juga menghasilkan kehilangan kuasa yang tidak perlu dan pengurangan kecekapan keseluruhan.

Salah satu kaedah terbaik untuk mengelakkan diod pemulihan standard adalah dengan menggunakan dioda Schottky yang mempunyai penurunan voltan ke hadapan rendah dan pemulihan terbalik yang lebih baik. Dalam aspek lain, suis telah diubah menjadi reka bentuk MOSFET moden di mana kecekapannya ditingkatkan dalam pakej yang ringkas dan lebih kecil.

Walaupun Pengatur Peralihan mempunyai kecekapan yang lebih tinggi, teknik reka bentuk pegun, komponen yang lebih kecil, mereka bising daripada pengatur linier tetapi tetap popular.

Contoh Reka Bentuk Flyback Converter menggunakan LM5160

Kami akan menggunakan topologi flyback dari Texas Instruments. Litar boleh didapati di lembar data.

The LM5160 terdiri berikut Ciri-ciri-

• Julat Voltan Input Lebar 4.5V hingga 65V
• Suis Bahagian Tinggi dan Sisi Rendah Bersepadu
  • Tidak Diod Schottky Luaran Diperlukan
• Beban Maksimum 2-A
• Kawalan Atas Masa Tetap Adaptif
  • Tiada Pampasan Gelung Luaran
  • Tindak Balas Segera Pantas
• Operasi PWM Paksa atau DCM Terpilih
  • FPWM Menyokong Fly-Buck Berbilang output
• Frekuensi Pertukaran Hampir Tetap
  • Perintang boleh laras sehingga 1 MHz
• Masa Permulaan Lembut Program
• Permulaan Pilihan
• ± 1% Rujukan Voltan Maklum Balas
• LM5160A Membolehkan Bias VCC Luaran
• Ciri Perlindungan Inherent untuk Reka Bentuk yang Mantap
  • Perlindungan Had Semasa Puncak
  • Input UVLO dan Histeresis yang boleh dilaraskan
  • Perlindungan UVLO VCC dan Gate Drive
  • Perlindungan Penutupan Termal Dengan Histeresis
• Buat Reka Bentuk Tersuai Menggunakan LM5160A Dengan WEBENCH® Power Designer

Ia menyokong julat voltan input yang luas dari 4.5V hingga 70V sebagai input dan menyediakan arus keluaran 2A. Kita juga boleh memilih operasi PWM atau DCM secara paksa.

Pinout LM5160

IC tidak tersedia pada pakej DIP atau versi yang mudah dipateri, walaupun itu adalah masalah tetapi IC menjimatkan banyak ruang PCB serta prestasi termal yang lebih tinggi berbanding heatsink PCB. Gambarajah pin ditunjukkan pada gambar di atas.

Penilaian Maksimum Mutlak

Kita perlu berhati-hati dengan penilaian maksimum IC yang mutlak.

Pin SS dan FB mempunyai toleransi voltan rendah.

Flyback Converter Circuit Diagram dan berfungsi

Dengan menggunakan LM5160 ini kita akan mensimulasikan bekalan kuasa terpencil 12V berdasarkan spesifikasi berikut. Kami memilih litar kerana semuanya boleh didapati di laman web pengeluar.

Skema menggunakan banyak komponen tetapi tidak rumit untuk difahami. C6, C7, dan C8 pada input digunakan untuk penyaringan bekalan input. Manakala R6 dan R10 digunakan untuk tujuan berkaitan penguncian voltan bawah. Perintang R7 adalah untuk tujuan yang berkaitan dengan Masa. Pin ini boleh diprogramkan menggunakan perintang sederhana. Kapasitor C13 yang disambungkan merentasi pin SS adalah kapasitor permulaan lembut. AGND (Ground Analog) dan PGND (Power Ground) dan PAD dihubungkan dengan GND bekalan. Di sebelah kanan, kapasitor C5, 0.01 uF adalah kapasitor Bootstrap yang digunakan untuk bias pemandu gerbang. R4, C4 dan C9 adalah penapis riak di mana sebagai R8 dan R9 memberikan voltan maklum balas ke pin maklum balas LM5160. Catuan dua perintang ini menentukan voltan keluaran. C10 dan C11 digunakan untuk penyaringan output tidak terpencil primer.

Komponen utama adalah T1. Ini adalah induktor berpasangan dengan induktor 60uH di kedua sisi, primer dan sekunder. Kita boleh memilih induktor gandingan atau sepik induktor lain dengan spesifikasi berikut-

1. Nisbah Giliran SEC: PRI = 1.5: 1
2. Kearuhan = 60uH
3. Ketepuan Semasa = 840mA
4. DC Resistance PRIMARY = 0.071 Ohm
5. DC Resistance SECONDARY = 0.211 Ohms
6. Freq = 150 kHz

C3 digunakan untuk kestabilan EMI. D1 adalah diod maju yang menukar output dan C1, C2 adalah penutup penapis, R2 adalah beban minimum yang diperlukan untuk permulaan.

Mereka yang ingin membuat bekalan kuasa untuk spesifikasi tersuai dan ingin mengira nilainya, pengeluar menyediakan alat Excel yang sangat baik di mana anda hanya meletakkan data dan excel akan mengira nilai komponen bergantung pada formula yang disediakan dalam lembar data.

Pengilang juga telah menyediakan model rempah-rempah serta skema lengkap yang dapat disimulasikan menggunakan alat simulasi berasaskan SPICE Texas Instrument TINA-TI. Berikut adalah skema yang dilukis menggunakan alat TINA-TI yang disediakan oleh pengeluar.

Hasil simulasi dapat ditunjukkan pada gambar seterusnya di mana arus dan voltan beban sempurna dapat ditunjukkan-