El convertidor flyback está diseñado como la fuente de alimentación conmutada de los últimos 70 años para realizar cualquier tipo de conversión, como CA a CC y CC a CC. El diseño del flyback dio la ventaja de desarrollar la televisión para la comunicación a principios de los años treinta y cuarenta. Utiliza un concepto de suministro de conmutación no lineal. los transformador de retorno almacena energía magnética y actúa como un inductor en comparación con un diseño sin flyback. Este artículo trata sobre el funcionamiento del convertidor flyback y su topología.
¿Qué es un convertidor Flyback?
Los convertidores Flyback se definen como convertidores de potencia, que convierten CA en CC con aislamiento galvánico entre las entradas y salidas. Almacena la energía cuando la corriente fluye a través del circuito y libera la energía cuando se corta la energía. Utilizaba un inductor acoplado mutuamente y actúa como un convertidor de conmutación aislado para transformadores de voltaje elevador o reductor.
Puede controlar y regular los múltiples voltajes de salida con una amplia gama de voltajes de entrada. los componentes necesarios para diseñar un convertidor flyback son pocos en comparación con otros circuitos de suministro de energía en modo de conmutación. La palabra flyback se conoce como la acción de encendido / apagado del interruptor utilizado en el diseño.
Diseño de convertidor Flyback
El diseño del convertidor flyback es muy simple y contiene componentes eléctricos como un transformador flyback, interruptor, rectificador, filtro y un dispositivo de control para impulsar el interruptor y lograr la regulación.
El interruptor se usa para ENCENDER y APAGAR el circuito primario, que puede magnetizar o desmagnetizar el transformador. La señal PWM del controlador controla el funcionamiento del interruptor. En la mayoría de los diseños de transformadores flyback, se utiliza FET o MOSFET o un transistor básico como interruptor.
Diseño de convertidor Flyback
El rectificador rectifica el voltaje del devanado secundario para obtener una salida de CC pulsante y desconecta la carga del devanado secundario del transformador. El condensador filtra el voltaje de salida del rectificador y aumenta el nivel de salida de CC según la aplicación deseada.
El transformador flyback se utiliza como inductor para almacenar la energía magnética. Está diseñado como un inductor de dos acoplamientos, que actúa como devanado primario y secundario. Opera a altas frecuencias de casi 50 KHz.
Cálculos de diseño
Es necesario considerar el cálculos de diseño del convertidor flyback de la relación de espiras, ciclo de trabajo y las corrientes de los devanados primarios y secundarios. Porque la relación de vueltas puede afectar la corriente que fluye a través del devanado primario y secundario y también el ciclo de trabajo. Cuando la relación de espiras es alta, entonces el ciclo de trabajo también se vuelve alto y la corriente que pasa por el devanado primario y secundario disminuye.
Como el transformador utilizado en el circuito es de tipo personalizado, no es posible obtener un transformador perfecto con una relación de vueltas en estos días. Por lo tanto, al elegir el transformador con los valores nominales deseados y más cercano a los valores nominales requeridos, se podría compensar la diferencia en el voltaje y la salida.
Los ingenieros deben considerar los demás parámetros, como el material del núcleo, el efecto del entrehierro y la polarización.
Los cálculos de diseño del convertidor flyback considerando la posición del interruptor se analizan a continuación.
Cuando el interruptor está encendido
Vin - VL - Vs = 0
En condiciones ideales, Vs = 0 (caída de voltaje)
Entonces Vin - VL = 0
VL = Lp di / dt
di = (VL / Lp) x dt
Ya que VL = Vin
di = (Vin / Lp) x dt
Al aplicar la integración en ambos lados obtenemos,
La corriente en el devanado primario es
Ipri = (Vin. / Lp) Tonelada
La energía total almacenada en el devanado primario es,
Epri = ½ Ipri2X Lp
Donde Vin = voltaje de entrada
Lp = inductancia del devanado primario o inductancia primaria.
Ton = período en el que el interruptor está encendido
Cuando el interruptor está apagado
VL (secundario) - VD - Vault = 0
La caída de voltaje del diodo será cero en una condición ideal
VL (secundario) - Vout = 0
VL (secundario) = Vout
VL = Ls di / dt
di = (VL secundario / Ls) / dt
Dado que VL secundario = Vout
Por eso,
di = Vout / Ls) X dt
Al aplicar la integración, obtenemos
Isec = (Vsec / Ls) (T - Tonelada)
La energía total transferida se expresa como
Esec = ½ [(Vsec / Ls). (T - Tono)]2. Ls
Donde Vsec = voltaje en el devanado secundario = voltaje de salida total en la carga
Ls = inductancia del devanado secundario
T = período de la señal pwm
Ton = tiempo de encendido
Funcionamiento del convertidor Flyback / Principio de funcionamiento
El funcionamiento del convertidor flyback se puede entender en el diagrama anterior. El principio de funcionamiento se basa en el modo de fuente de alimentación conmutada (SMPS).
Cuando el interruptor está en la posición ON, no hay transferencia de energía entre la entrada y la carga. La energía total se almacenará en el devanado primario del circuito. Aquí el voltaje de drenaje Vd = 0 y la corriente Ip pasa a través del devanado primario. La energía se almacena en forma de inductancia magnética del transformador y la corriente aumenta con el tiempo de forma lineal. Luego, el diodo se polariza inversamente y no fluye corriente al devanado secundario del transformador y la energía total se almacena en el condensador utilizado en la salida.
Cuando el interruptor está en la posición APAGADO, la energía se transfiere a la carga cambiando la polaridad de los devanados del transformador debido al campo magnético y el circuito rectificador comienza a rectificar el voltaje. La energía total en el núcleo se transferirá a la carga, se rectificará y el proceso continuará hasta que la energía en el núcleo se agote o hasta que se encienda el interruptor.
Topología del convertidor Flyback
La topología del convertidor flyback es un diseño SMPS (fuente de alimentación conmutada) adaptable, flexible y simple que se usa principalmente con buenas características de rendimiento que brinda una ventaja a muchas aplicaciones.
Las características de rendimiento de la topología del convertidor flyback se muestran a continuación.
Topología Flyback
Las formas de onda anteriores muestran las transiciones repentinas y las corrientes de inversión del devanado primario y secundario del transformador de retorno. El voltaje de salida se regulará ajustando las acciones de encendido / apagado del ciclo de trabajo del devanado primario. Podemos aislar la entrada y la salida utilizando la retroalimentación o utilizando un devanado adicional en el transformador.
Topología Flyback SMPS
Los diagramas SMPS de topología de retorno se muestran a continuación.
El diseño SMPS de topología flyback requiere menos no. De componentes para un rango de potencia dado en comparación con otras topologías SMPS. Puede funcionar para una fuente de CA o CC determinada. Si la entrada se toma de la fuente de CA, entonces el voltaje de salida se rectificaría por completo. Aquí MOSFET se utiliza como SMPS.
El funcionamiento de la topología de retorno SMPS se basa completamente en la posición del interruptor, es decir, MOSFET.
Topología Flyback SMPS
Puede funcionar en modo continuo o discontinuo según la posición del interruptor o FET. En el modelo descontinuado, la corriente en el devanado secundario se vuelve cero antes de que se encienda el interruptor. En el modo continuo, la corriente en el secundario no se vuelve cero.
Cuando el interruptor se apaga, la energía almacenada en la inductancia de fuga del transformador fluye a través del devanado primario y es absorbida por el circuito de abrazadera de entrada o circuito amortiguador. La función del circuito amortiguador es proteger el interruptor de altos voltajes inductivos. Habrá disipación de energía durante las transiciones de ENCENDIDO y APAGADO del interruptor.
Diseño de transformador de retorno SMPS
El diseño del transformador de retorno SMPS es más popular que los diseños de fuentes de alimentación normales debido a su bajo costo, eficiencia y diseño simple. Aísla el devanado primario y secundario del transformador para entradas múltiples dadas y proporciona múltiples voltajes de salida, que pueden ser positivos o negativos.
El diseño básico del transformador de retorno SMPS cuando el interruptor se enciende y apaga se muestra a continuación. También se utiliza como convertidor de potencia aislado. El transformador flyback utilizado en el diseño contiene devanados primario y secundario, separados eléctricamente para evitar acoplamientos transitorios, bucles de tierra y proporciona flexibilidad.
El interruptor del transformador está encendido
El uso del diseño de transformador de retorno SMPS tiene una ventaja sobre el diseño de transformador convencional. Aquí la corriente no fluye a través del devanado primario y secundario al mismo tiempo porque la fase del devanado se invierte como se muestra en la figura anterior.
El interruptor del transformador está APAGADO
Almacena la energía en forma de campo magnético en el devanado primario durante un cierto tiempo y se transfiere al devanado primario. El voltaje de carga de salida máximo, los rangos de funcionamiento, los rangos de voltaje de entrada y salida, la capacidad de suministro de energía y las características de los ciclos de retorno son los parámetros importantes en el diseño del transformador de retorno SMPS.
Aplicaciones
los aplicaciones de convertidor flyback son,
- Se utiliza en televisores y equipos con baja potencia de hasta 250 W
- Se utiliza en fuentes de alimentación en espera en equipos electrónicos (modo de interruptor de baja potencia)
- Utilizado en teléfonos móviles y cargadores de móviles
- Se utiliza en suministros de alto voltaje como televisores, CRT, láseres, linternas y dispositivos de copia, etc.
- Utilizado en múltiples fuentes de alimentación de entrada-salida
- Se utiliza en circuitos de accionamiento de puerta aislada.
Por lo tanto, se trata de una descripción general del convertidor flyback - diseño, principio de funcionamiento, operación, topología, diseño de transformador de retorno SMPS, topología, diseño de topología SMPS y aplicaciones. Aquí hay una pregunta para usted, ”¿Cuáles son las ventajas del convertidor flyback? '
