Βασικές αρχές και μέθοδοι εργασίας τροφοδοσίας μεταγωγής flyback
Βασικές αρχές και μέθοδοι εργασίας
Θεμελιώδης
Όταν ενεργοποιείται το τρανζίστορ Trton, το πρωτεύον Np του μετασχηματιστή έχει ρεύμα Ip και αποθηκεύει ενέργεια σε αυτό (E=LpIp/2). Δεδομένου ότι το Np και το Ns έχουν αντίθετες πολικότητες, η δίοδος D είναι αντίστροφα πολωμένη και αποκόπτεται αυτή τη στιγμή, και δεν μεταφέρεται ενέργεια στο φορτίο. Κατά την εναλλαγή Troff, σύμφωνα με το νόμο του Lenz: (e=-N△Φ/△T), η κύρια περιέλιξη του μετασχηματιστή θα δημιουργήσει ένα αντίστροφο δυναμικό. Αυτή τη στιγμή, η δίοδος D είναι αγώγιμη προς τα εμπρός και το φορτίο έχει ρεύμα IL που ρέει. Κυματομορφή σταθερής κατάστασης του μετατροπέα flyback
Το μέγεθος του τόνου χρόνου αγωγιμότητας θα καθορίσει το πλάτος των Ip και Vce:
Vcemax=VIN/1-Dmax
VIN: τάση εισόδου DC. Dmax: μέγιστος κύκλος εργασίας
Dmax=ton/T
Μπορεί να φανεί ότι για να επιτευχθεί χαμηλή τάση συλλέκτη, η Dmax πρέπει να διατηρείται χαμηλή, δηλαδή η Dmax<0.5. In practical applications, Dmax=0.4 is usually taken to limit Vcemax≦2.2VIN.
Το ρεύμα λειτουργίας του συλλέκτη, δηλαδή κατά την αλλαγή του σωλήνα Tron, δηλαδή, το πρωτεύον ρεύμα αιχμής Ip είναι: Ic=Ip=IL/n. Επειδή το IL=Io, όταν το Io είναι σταθερό, το μέγεθος της αναλογίας στροφών n καθορίζει το μέγεθος του Ic , ο παραπάνω τύπος προκύπτει με βάση την αρχή της διατήρησης ισχύος και ο αριθμός των στροφών του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος αμπέρ είναι ίσος σε NpIp=NsIs. Το IP μπορεί επίσης να εκφραστεί με την ακόλουθη μέθοδο:
Ic=Ip=2po/(η*VIN*Dmax)η: Απόδοση μετατροπέα
Ο τύπος προκύπτει ως εξής:
Ισχύς εξόδου:po=LIp2η/2T
Τάση εισόδου: VIN=Ldi/dt, υποθέτοντας di=Ip και 1/dt=f/Dmax, τότε:
VIN=LIpf/Dmax ή Lp=VIN*Dmax/Ipf
Τότε το po μπορεί να εκφραστεί ως:
po=ηVINfDmaxIp2/2fIp=1/2ηVINDmaxIp
∴IP=2po/ηVINDmax
Στον παραπάνω τύπο:
VIN: Ελάχιστη τάση εισόδου DC (V)
Dmax: μέγιστος κύκλος λειτουργίας αγωγιμότητας
Lp: Πρωτογενής επαγωγή μετασχηματιστή (mH)
Ip: ρεύμα αιχμής στην κύρια πλευρά του μετασχηματιστή (A)
f: συχνότητα μετατροπής (KHZ)
Τρόπος εργασίας
Οι μετασχηματιστές Flyback γενικά λειτουργούν σε δύο τρόπους:
1. Ασυνεχής λειτουργία ρεύματος επαγωγέα DCM (DiscontinuousInductorCurrentMode) ή "πλήρης μετατροπή ενέργειας": όλη η ενέργεια που αποθηκεύεται στον μετασχηματιστή σε τόνο μεταφέρεται στην έξοδο κατά τη διάρκεια της περιόδου αναστροφής (toff).
2. Συνεχής λειτουργία ρεύματος επαγωγέα CCM (ContinuousInductorCurrentMode) ή "ατελής μετατροπή ενέργειας": μέρος της ενέργειας που είναι αποθηκευμένη στον μετασχηματιστή διατηρείται στο τέλος του toff μέχρι την αρχή του επόμενου κύκλου τόνου.
Το DCM και το CCM είναι πολύ διαφορετικά όσον αφορά τις λειτουργίες μεταφοράς μικρών σημάτων. Οι κυματομορφές τους φαίνονται στο Σχήμα 3. Πράγματι, όταν η τάση εισόδου του μετατροπέα VIN αλλάζει σε μεγάλο εύρος ή το ρεύμα φορτίου IL αλλάζει σε μεγάλο εύρος Όταν , πρέπει να εκτείνεται σε δύο τρόπους λειτουργίας. Επομένως, ο μετατροπέας flyback απαιτείται να λειτουργεί σταθερά σε DCM/CCM. Αλλά είναι πιο δύσκολο να σχεδιαστεί. Συνήθως μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την κρίσιμη κατάσταση DCM/CCM ως βάση σχεδιασμού. Σε συνδυασμό με έλεγχο τρέχουσας λειτουργίας pWM. Αυτή η μέθοδος μπορεί να λύσει αποτελεσματικά διάφορα προβλήματα στο DCM, αλλά δεν εξαλείφει το εγγενές πρόβλημα αστάθειας του κυκλώματος στο CCM. Το CCM μπορεί να επιλυθεί ρυθμίζοντας το κέρδος βρόχου ελέγχου για να διαχωριστεί η ζώνη χαμηλής συχνότητας και να μειωθεί η ταχύτητα μεταβατικής απόκρισης. Η αστάθεια προκαλείται από το «δεξιό μισό επίπεδο μηδέν» της συνάρτησης μεταφοράς.
Το DCM και το CCM είναι πολύ διαφορετικά όσον αφορά τις λειτουργίες μεταφοράς μικρών σημάτων.
Διάγραμμα κυματομορφής πρωτεύοντος και δευτερεύοντος ρεύματος DCM/CCM
Στην πραγματικότητα, όταν η τάση εισόδου του μετατροπέα VIN αλλάζει σε μεγάλο εύρος ή το ρεύμα φορτίου IL αλλάζει σε μεγάλο εύρος, πρέπει να εκτείνεται σε δύο τρόπους λειτουργίας. Επομένως, ο μετατροπέας flyback απαιτεί DCM/CCM Και τα δύο μπορούν να λειτουργούν σταθερά. Αλλά είναι πιο δύσκολο να σχεδιαστεί. Συνήθως μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την κρίσιμη κατάσταση DCM/CCM ως βάση σχεδιασμού και να χρησιμοποιήσουμε τον έλεγχο τρέχουσας λειτουργίας pWM. Αυτή η μέθοδος μπορεί να λύσει αποτελεσματικά διάφορα προβλήματα στο DCM, αλλά στο Δεν υπάρχει εγγενές πρόβλημα αστάθειας στο κύκλωμα κατά τη διάρκεια του CCM. Η αστάθεια που προκαλείται από το "σημείο μηδέν στο δεξί μισό επίπεδο" της συνάρτησης μεταφοράς στο CCM μπορεί να επιλυθεί ρυθμίζοντας το κέρδος βρόχου ελέγχου για να διαχωριστεί η ζώνη χαμηλής συχνότητας και να μειωθεί η ταχύτητα μεταβατικής απόκρισης.
Σε σταθερή κατάσταση, η μεταβολή της αύξησης της μαγνητικής ροής ΔΦ σε τόνο πρέπει να είναι ίση με τη μεταβολή στο "toff", διαφορετικά ο μαγνητικός πυρήνας θα είναι κορεσμένος.
επομένως,
ΔΦ=VINton/Np=Vs*toff/Ns
Δηλαδή, η τιμή βολτ/δευτερόλεπτο κάθε στροφής του πρωτεύοντος τυλίγματος του μετασχηματιστή πρέπει να είναι ίση με την τιμή βολτ/δεύτερη κάθε στροφής του δευτερεύοντος τυλίγματος.
Συγκρίνοντας τις τρέχουσες κυματομορφές του DCM και του CCM στο Σχήμα 3, μπορούμε να γνωρίζουμε ότι κατά τη διάρκεια της περιόδου Trton στην κατάσταση DCM, ολόκληρη η κυματομορφή μεταφοράς ενέργειας έχει υψηλότερο πρωτεύον ρεύμα αιχμής. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η κύρια τιμή αυτεπαγωγής Lp είναι σχετικά χαμηλή, καθιστώντας την Ip απότομη. υψηλή ικανότητα μεταφοράς ρεύματος για να λειτουργεί με ασφάλεια.
Στην κατάσταση CCM, το ρεύμα αιχμής της κύριας πλευράς είναι χαμηλό, αλλά ο κρύσταλλος μεταγωγής έχει υψηλή τιμή ρεύματος συλλέκτη στην κατάσταση τόνου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την υψηλή κατανάλωση ενέργειας του κρυστάλλου μεταγωγής. Ταυτόχρονα, για να επιτευχθεί CCM, απαιτείται υψηλότερη πρωτογενής τάση του μετασχηματιστή. Η τιμή πλευρικής αυτεπαγωγής Lp και η υπολειπόμενη ενέργεια που αποθηκεύεται στον πυρήνα του μετασχηματιστή απαιτούν ο όγκος του μετασχηματιστή να είναι μεγαλύτερος από αυτόν του DCM, ενώ οι άλλοι συντελεστές είναι ίσοι.
Συνοψίζοντας, ο σχεδιασμός των μετασχηματιστών DCM και CCM είναι βασικά ο ίδιος, εκτός από τον ορισμό του πρωτεύοντος πλευρικού ρεύματος αιχμής (Ip=Imax-Imin σε CCM).
