Flyback-hakkurivirransyötön perusperiaatteet ja toimintatavat
Perusperiaatteet ja työskentelytavat
Perusteellista
Kun transistori Trton kytketään, muuntajan ensisijaisella Np:llä on virta Ip ja se varastoi energiaa siihen (E=LpIp/2). Koska Np:llä ja N:llä on vastakkaiset polariteetit, diodi D on käänteisesti esijännitetty ja katkaistu tällä hetkellä, eikä energiaa siirretä kuormaan. Kun Troff kytketään, Lenzin lain: (e=-N△Φ/△T) mukaan muuntajan ensiökäämi synnyttää käänteisen potentiaalin. Tällä hetkellä diodi D on eteenpäin johtava ja kuormassa on virta IL. Flyback-muuntimen vakaan tilan aaltomuoto
Johtavuusajan koko tonnin määrää Ip:n ja Vce:n amplitudin:
Vcemax=VIN/1-Dmax
VIN: tulo DC jännite; Dmax: suurin työjakso
Dmax =tonnia/T
Voidaan nähdä, että alhaisen kollektorijännitteen saavuttamiseksi Dmax on pidettävä alhaisena, eli Dmax<0.5. In practical applications, Dmax=0.4 is usually taken to limit Vcemax≦2.2VIN.
Kokoojan käyttövirta Ie kytkettäessä putkea Tron, eli ensiöhuippuvirta Ip on: Ic=Ip=IL/n. Koska IL=Io, kun Io on vakio, kierrossuhteen koko n määrää Ic:n koon, yllä oleva kaava johdetaan tehonsäästöperiaatteen perusteella ja ensiö- ja toissijaisten ampeerikierrosten määrä on yhtä suuri NpIp=NsIs. Ip voidaan ilmaista myös seuraavalla menetelmällä:
Ic=Ip=2po/(η*VIN*Dmax)η: Muuntimen tehokkuus
Kaava johdetaan seuraavasti:
Lähtöteho: po=LIp2η/2T
Tulojännite: VIN=Ldi/dt, olettaen di=Ip ja 1/dt=f/Dmax, sitten:
VIN=LIpf/Dmax tai Lp=VIN*Dmax/Ipf
Sitten po voidaan ilmaista seuraavasti:
po=ηVINfDmaxIp2/2fIp=1/2ηVINDmaxIp
∴Ip=2po/ηVINDmax
Yllä olevassa kaavassa:
VIN: Minimi DC-tulojännite (V)
Dmax: suurin johtavuussuhde
Lp: Muuntajan ensiöinduktanssi (mH)
Ip: muuntajan ensiöpuolen huippuvirta (A)
f: muunnostaajuus (KHZ)
Työskentelytapa
Flyback-muuntajat toimivat yleensä kahdessa tilassa:
1. Induktorivirran epäjatkuva tila DCM (DiscontinuousInductorCurrentMode) tai "täydellinen energian muunnos": kaikki muuntajaan tonneissa varastoitunut energia siirretään lähtöön paluujakson (toff) aikana.
2. Induktorivirran jatkuva tila CCM (ContinuousInductorCurrentMode) tai "epätäydellinen energian muunnos": osa muuntajaan varastoidusta energiasta säilyy toffin lopussa seuraavan tonnijakson alkuun.
DCM ja CCM ovat hyvin erilaisia pienten signaalinsiirtotoimintojen suhteen. Niiden aaltomuodot on esitetty kuvassa 3. Itse asiassa, kun muuntimen tulojännite VIN muuttuu suurella alueella tai kuormitusvirta IL muuttuu suurella alueella When , sen on katettava kaksi toimintatilaa. Siksi flyback-muuntimen on toimittava vakaasti DCM/CCM:ssä. Mutta se on vaikeampi suunnitella. Yleensä voimme käyttää DCM/CCM:n kriittistä tilaa suunnittelun perustana. Yhdistetty nykyisen tilan ohjaukseen pWM. Tällä menetelmällä voidaan tehokkaasti ratkaista useita DCM:n ongelmia, mutta se ei poista CCM:n piirin luontaista epävakausongelmaa. CCM voidaan ratkaista säätämällä säätösilmukan vahvistusta erottamaan matala taajuuskaista ja vähentämään transienttivastenopeutta. Epävakauden aiheuttaa siirtofunktion "oikea puolitason nolla".
DCM ja CCM ovat hyvin erilaisia pienten signaalinsiirtotoimintojen suhteen.
DCM/CCM ensiö- ja toisiovirran aaltomuotokaavio
Itse asiassa, kun muuntimen tulojännite VIN muuttuu suurella alueella tai kuormitusvirta IL muuttuu suurella alueella, sen on katettava kaksi toimintatilaa. Siksi flyback-muunnin vaatii DCM/CCM:n. Molemmat voivat toimia vakaasti. Mutta se on vaikeampi suunnitella. Yleensä voimme käyttää DCM/CCM:n kriittistä tilaa suunnittelun perustana ja käyttää nykyisen tilan ohjausta pWM. Tällä menetelmällä voidaan tehokkaasti ratkaista useita DCM:n ongelmia, mutta piirissä ei ole luontaista epävakausongelmaa CCM:n aikana. CCM:n siirtofunktion "oikean puolitason nollapisteen" aiheuttama epävakaus voidaan ratkaista säätämällä säätösilmukan vahvistusta erottamaan matala taajuuskaista ja pienentämään transienttivastenopeutta.
Vakaassa tilassa magneettivuon lisäyksen ΔΦ tonissa on oltava yhtä suuri kuin muutos kohdassa "toff", muuten magneettisydän kyllästyy.
siksi,
ΔΦ=VINton/Np=Vs*toff/Ns
Toisin sanoen muuntajan ensiökäämin jokaisen kierroksen voltti/sekuntiarvon tulee olla yhtä suuri kuin toisiokäämin jokaisen kierroksen voltti/sekunti-arvo.
Vertaamalla DCM:n ja CCM:n virta-aaltomuotoja kuvassa 3, voimme tietää, että Trton-jakson aikana DCM-tilassa koko energiansiirron aaltomuodossa on korkeampi ensiöhuippuvirta. Tämä johtuu siitä, että ensisijaisen induktanssin arvo Lp on suhteellisen pieni, mikä tekee Ip:stä jyrkästi. Kasvun aiheuttama negatiivinen vaikutus on käämihäviön (käämihäviön) ja tulosuodattimen kondensaattorin aaltoiluvirran kasvu, mikä edellyttää, että kytkentätransistorilla on korkea virrankantokyky turvallisen työskentelyn varmistamiseksi.
CCM-tilassa ensiöpuolen huippuvirta on pieni, mutta kytkentäkiteellä on korkea kollektorivirran arvo tonnitilassa. Tämä johtaa kytkentäkiteen suureen virrankulutukseen. Samanaikaisesti CCM:n saavuttamiseksi tarvitaan korkeampi muuntajan ensiöjännite. Sivuinduktanssin arvo Lp ja muuntajan sydämeen varastoitunut jäännösenergia edellyttävät muuntajan tilavuuden olevan suurempi kuin DCM:n tilavuuden, kun taas muut kertoimet ovat samat.
Yhteenvetona voidaan todeta, että DCM- ja CCM-muuntajien rakenne on periaatteessa sama, lukuun ottamatta ensisijaisen puolen huippuvirran määritelmää (Ip=Imax-Imin CCM:ssä).
