„Flyback“ keitiklio grandinė

Elektronikoje reguliatorius yra įtaisas arba mechanizmas, galintis nuolat reguliuoti galingumą. Maitinimo srityje yra įvairių rūšių reguliatorių. Bet dažniausiai nuolatinės srovės ir nuolatinės srovės keitimo atveju yra dviejų tipų reguliatoriai: linijiniai arba perjungimo.

Linijinis reguliatorius reguliuoja išėjimo naudojant varžinio įtampos kritimas. Dėl to tiesiniai reguliatoriai užtikrina mažesnį efektyvumą ir praranda galią šilumos pavidalu. Perjungimo reguliatorius naudojimas induktoriaus, diodas, ir maitinimo jungiklis perduoti energiją iš jos šaltinio prie išėjimo.

Perjungimo reguliatoriaus tipai

Galimi trijų rūšių perjungimo reguliatoriai.

1. Pakopinis keitiklis („Boost Regulator“)

2. „ Down-down“ keitiklis („Buck“ reguliatorius)

3. „ Flyback Converter“ (izoliuotas reguliatorius)

Mes jau paaiškinome „Boost Regulator“ ir „Buck Regulator“ grandines. Šioje pamokoje aprašysime „ Flyback Regulator“ grandinę.

Skirtumas tarp spardytis ir padidinti reguliavimo yra spardytis reguliatorius iš induktoriaus, diodas vieta ir perjungimo grandinė yra kitoks, nei įpūtimo reguliatorius. Be to, esant padidinimo reguliatoriui, išėjimo įtampa yra didesnė už įėjimo įtampą, tačiau „buck“ reguliatoriuje išėjimo įtampa bus mažesnė nei įėjimo įtampa. „Buck“ topologija arba „Buck Converter“ yra viena iš dažniausiai naudojamų pagrindinių topologijų, naudojamų SMPS. Tai populiarus pasirinkimas, kai turime didesnę įtampą paversti mažesne išėjimo įtampa.

Išskyrus tuos reguliatorius, yra dar vienas reguliatorius, kuris yra populiarus pasirinkimas tarp visų dizainerių, tai yra „ Flyback“ reguliatorius arba „Flyback“ keitiklis. Tai yra universali topologija, kuri gali būti naudojama ten, kur reikalingi keli išėjimai iš vieno išėjimo šaltinio. Maža to, „flyback“ topologija leidžia dizaineriui tuo pačiu metu pakeisti išvesties poliškumą. Pavyzdžiui, iš vieno keitiklio modulio galime sukurti + 5V, + 9V ir -9V išėjimą. Abiem atvejais konversijos efektyvumas yra didelis.

Kitas „Flyback“ keitiklio dalykas yra tiek įėjimo, tiek išvesties elektrinė izoliacija. Kodėl mums reikia izoliacijos? Kai kuriais ypatingais atvejais, norint sumažinti galios triukšmą ir su sauga susijusias operacijas, mums reikia izoliuotos operacijos, kai įvesties šaltinis yra visiškai izoliuotas nuo išvesties šaltinio. Panagrinėkime pagrindinę vieno išėjimo grįžtamojo ryšio operaciją.

„Flyback Converter“ valdymas grandinėmis

Jei pamatysime pagrindinį vienos išvesties „flyback“ dizainą, pvz., Žemiau esantį paveikslėlį, nustatysime pagrindinius pagrindinius komponentus, kurių reikia norint sukurti vieną.

Pagrindiniam „flyback“ keitikliui reikalingas jungiklis, kuris gali būti FET arba tranzistorius, transformatorius, išėjimo diodas, kondensatorius.

Pagrindinis dalykas yra transformatorius. Prieš suprasdami tikrąjį grandinės veikimą, turime suprasti, kaip tinkamai veikia transformatorius.

Transformatorius susideda iš mažiausiai dviejų induktyvumo elementų, vadinamų antrine ir pagrindine ritėmis, suvyniotais ritės formavime, tarp kurių yra šerdis. Šerdis nustato srauto tankį, kuris yra svarbus parametras perduodant elektros energiją iš vienos apvijos į kitą. Kitas svarbiausias dalykas yra transformatoriaus fazavimas, taškai, rodomi pirminėje ir antrinėje apvijoje.

Be to, kaip matome, per tranzistoriaus jungiklį yra prijungtas PWM signalas. Taip yra dėl jungiklio išjungimo ir įjungimo laiko dažnio. PWM reiškia pulso pločio moduliacijos techniką.

„Flyback“ reguliatoriuje yra dvi grandinės operacijos: viena yra įjungimo fazė, kai įkraunama pirminė transformatoriaus apvija, ir kita - išjungimo arba transformatoriaus perdavimo fazė, kai elektros energija perduodama iš pirminės į antrinę ir pagaliau prie krūvio.

Jei manysime, kad jungiklis ilgą laiką buvo išjungtas, srovė grandinėje yra 0 ir nėra įtampos.

Esant tokiai situacijai, jei jungiklis įjungtas, srovė padidės, o induktorius sukurs įtampos kritimą, kuris yra taškų neigiamas, nes įtampa yra neigiamesnė visame pirminiame taškuotame gale. Esant tokiai situacijai, energija teka į antrinę dėl srauto, susidarančio šerdyje. Ant antrinės ritės įtampa sukuriama tuo pačiu poliškumu, tačiau įtampa yra tiesiogiai proporcinga antrinės ir pirminės ritės posūkių santykiui. Dėl neigiamos taškinės įtampos diodas išsijungia ir antrinėje srovė neteka. Jei kondensatorius buvo įkrautas per ankstesnį išjungimo-įjungimo ciklą, išėjimo kondensatorius išėjimo srovę tieks tik apkrovai.

Kitame etape, kai jungiklis yra išjungtas, srovė per pirminį srautą sumažėja, todėl antrinio taško galas tampa teigiamesnis. Tas pats, kaip ir ankstesniame įjungimo etape, pirminės įtampos poliškumas sukuria tą patį poliškumą ir antriniame, o antrinė įtampa yra proporcinga pirminės ir antrinės apvijos santykiui. Dėl taško teigiamo galo įsijungia diodas, o antrinis transformatoriaus induktorius tiekia srovę išėjimo kondensatoriui ir apkrovai. Kondensatorius prarado įkrovą įjungto ciklo metu, dabar jis vėl užpildomas ir gali suteikti įkrovos srovę įjungimo metu.

Per visą įjungimo ir išjungimo ciklą tarp įvesties maitinimo šaltinio ir išėjimo maitinimo šaltinio nebuvo jokių elektros jungčių. Taigi transformatorius izoliuoja įvestį ir išvestį.

Yra du veikimo režimai, priklausomai nuo įjungimo ir išjungimo laiko. „Flyback“ keitiklis gali veikti nepertraukiamu arba pertraukiamu režimu.

Be nenutrūkstamu režimu, prieš Pirminis mokestį, srovė eina į nulį, dviračių pakartoti. Kita vertus, esant pertraukiamam režimui, kitas ciklas prasideda tik tada, kai pirminė induktoriaus srovė eina į nulį.

Efektyvumas

Dabar, jei ištirsime efektyvumą, kuris yra išėjimo ir įvesties galios santykis:

(Pout / Pin) x 100%

Kadangi energijos negalima sukurti ar sunaikinti, ją galima tik paversti, dauguma elektros energijos nepanaudotas galias praranda šiluma. Be to, nėra idealios situacijos praktinėje srityje. Efektyvumas yra didelis veiksnys pasirenkant įtampos reguliatorius.

Vienas iš pagrindinių perjungimo reguliatoriaus energijos nuostolių faktorių yra diodas. Į priekį įtampos kritimas padaugintas iš srovės (Vf xi) yra nepanaudota galia, kuri paverčiama šiluma ir sumažina perjungimo reguliatoriaus grandinės efektyvumą. Be to, tai yra papildomos išlaidos, susijusios su šilumos / šilumos valdymo technikos schemomis, tokiomis kaip radiatoriaus naudojimas arba ventiliatoriai, norint atvėsinti grandinę nuo išsklaidytos šilumos. Ne tik priekinės įtampos kritimas, atvirkštinis silicio diodų atkūrimas taip pat sukelia nereikalingą energijos nuostolį ir sumažina bendrą efektyvumą.

Vienas iš geriausių būdų išvengti standartinio atkūrimo diodo yra naudoti „Schottky“ diodus, kurie turi mažą įtampos kritimą į priekį ir geresnį atgalinį atstatymą. Dar vienu aspektu, jungiklis buvo pakeistas į šiuolaikišką MOSFET dizainą, kai efektyvumas pagerinamas kompaktiškoje ir mažesnėje pakuotėje.

Nepaisant to, kad perjungimo reguliatoriai turi didesnį efektyvumą, stacionarios konstrukcijos techniką, mažesnį komponentą, jie yra triukšmingi nei linijiniai reguliatoriai, tačiau vis dėlto jie yra labai populiarūs.

„Flyback Converter“, naudojant „LM5160“, projektavimo pavyzdys

Mes naudotume „Texas Instruments“ grįžtamojo ryšio topologiją. Grandinę galima rasti duomenų lape.

LM5160 sudaro taip Įranga-

• Platus 4,5–65 V įėjimo įtampos diapazonas
• Integruoti aukšto ir žemo šoninių jungikliai
  • Nereikalingas išorinis „Schottky“ diodas
• 2-A maksimali apkrovos srovė
• Adaptyvus nuolatinis laiko kontrolė
  • Nėra išorinės kilpos kompensacijos
  • Greitas laikinas atsakymas
• Pasirenkama priverstinė PWM arba DCM operacija
  • FPWM palaiko daugelio išėjimų „Fly-Buck“
• Beveik pastovus perjungimo dažnis
  • Rezistorius reguliuojamas iki 1 MHz
• Programos minkšto paleidimo laikas
• Išankstinis startuolis
• ± 1% grįžtamojo ryšio įtampos atskaitos taškas
• LM5160A leidžia išorinį VCC šališkumą
• Tvirtam dizainui būdingos apsaugos ypatybės
  • Didžiausia srovės ribojimo apsauga
  • Reguliuojamas įėjimas UVLO ir histerezė
  • VCC ir Gate Drive UVLO apsauga
  • Apsauga nuo terminio išjungimo su histereze
• Sukurkite pasirinktinį dizainą naudodami „LM5160A“ su „WEBENCH® Power Designer“

Jis palaiko platų įėjimo įtampos diapazoną nuo 4,5 V iki 70 V kaip įvestį ir teikia 2A išėjimo srovę. Taip pat galime pasirinkti priverstines PWM arba DCM operacijas.

LM5160 kištukas

IC nėra DIP pakete ar lengvai lituojamoje versijoje, nors tai ir yra problema, tačiau IC sutaupo daug vietos PCB, taip pat didesnį šiluminį našumą, palyginti su PCB radiatoriumi. Kaiščių schema parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje.

Absoliučiai maksimalus įvertinimas

Turime būti atsargūs vertindami absoliučią didžiausią IC reitingą.

SS ir FB kaiščių įtampa yra maža.

„Flyback Converter“ grandinės schema ir darbas

Naudodami šį LM5160, mes imituosime 12 V izoliuotą maitinimo šaltinį, remdamiesi šiais parametrais. Mes pasirinkome grandinę, nes viskas yra gamintojo svetainėje.

Schemoje naudojama daugybė komponentų, tačiau tai nėra sunku suprasti. C6, C7 ir C8 ant įvesties yra naudojami įvesties tiekimo filtravimui. R6 ir R10 yra naudojami su įtampos blokavimu susijusiems tikslams. R7 rezistorius skirtas su laiku susijusiam tikslui. Šis kaištis yra programuojamas naudojant paprastą rezistorių. C13 kondensatorius, sujungtas per SS kaištį, yra minkšto paleidimo kondensatorius. AGND (analoginis įžeminimas) ir PGND (maitinimo įžeminimas) ir PAD yra prijungti prie tiekimo GND. Dešinėje pusėje C5, 0,01 uF kondensatorius yra „Bootstrap“ kondensatorius, naudojamas vartų tvarkyklės įtempimui. R4, C4 ir C9 yra pulsacinis filtras, kur kaip R8 ir R9 teikia grįžtamąją įtampą į LM5160 grįžtamojo ryšio kaištį. Šis dviejų rezistorių santykis lemia išėjimo įtampą. C10 ir C11 naudojami pirminiam neizoliuotam išėjimo filtravimui.

Pagrindinis komponentas yra T1. Tai sujungtas induktorius su 60uH induktoriumi iš abiejų pusių, pirminio ir antrinio. Mes galime pasirinkti bet kurį kitą sujungtą induktorių arba sepinį induktorių su tokia specifikacija-

1. Posūkių santykis SEC: PRI = 1,5: 1
2. Induktyvumas = 60uH
3. Soties srovė = 840mA
4. Nuolatinės srovės varža PAGRINDINĖ = 0,071 omas
5. Nuolatinės srovės varža ANTRAS = 0,211 omo
6. Dažnis = 150 kHz

C3 naudojamas EMI stabilumui užtikrinti. D1 yra priekinis diodas, kuris konvertuoja išvestį, o C1, C2 yra filtro dangteliai, R2 yra mažiausia apkrova, reikalinga paleidimui.

Norintiems gaminti maitinimą pagal pasirinktines specifikacijas ir norintiems apskaičiuoti vertę, gamintojas pateikia puikų „Excel“ įrankį, kuriame tiesiog įrašysite duomenis, o „Excel“ apskaičiuos komponentų vertę, priklausomai nuo duomenų lape pateiktų formulių.

Gamintojas taip pat pateikė prieskonių modelį ir išsamią schemą, kurią galima imituoti naudojant „Texas Instrument“ savo SPICE modeliavimo įrankį „TINA-TI“. Žemiau pateikiama schema, naudojant gamintojo pateiktą įrankį TINA-TI.

Modeliavimo rezultatas gali būti parodytas kitame paveikslėlyje, kuriame galima parodyti tobulą apkrovos srovę ir įtampą.