Схема перетворювача зворотного руху

В електроніці регулятор - це пристрій або механізм, який може постійно регулювати вихідну потужність. Існують різні типи регуляторів, доступних в області живлення. Але головним чином, у разі перетворення постійного струму в постійний, доступні два типи регуляторів: лінійний або комутаційний.

Лінійний регулятор регулює вихід з допомогою резистивного падіння напруги. Завдяки цьому лінійні регулятори забезпечують меншу ефективність і втрачають потужність у вигляді тепла. Перемикання регулятора використання котушки індуктивності, діод і вимикач харчування в енергії передачі від джерела до виходу.

Типи регулятора комутації

Доступні три типи імпульсних регуляторів.

1. Підсилювач (Boost Regulator)

2. Перетворювач пониження (регулятор Бака)

3. Flyback Converter (ізольований регулятор)

Ми вже пояснювали схему Boost Regulator та Buck Regulator. У цьому посібнику ми опишемо схему Flyback Regulator.

Різниця між регулятором понижуючого і підвищує є, в регуляторі понижуючого розміщення котушки індуктивності, діода і комутаційна схема відрізняється від регулятора наддуву. Крім того, у випадку регулятора прискорення вихідна напруга вище вхідної напруги, але в регуляторі зниження вихідна напруга буде нижчою за вхідну напругу. Топологія доларів або конвертер доларів є однією з найбільш часто використовуваних базових топологій, що використовуються в SMPS. Це популярний вибір, коли нам потрібно перетворити вищу напругу на нижчу вихідну напругу.

Крім цих регуляторів, існує ще один регулятор, який є популярним вибором серед усіх дизайнерів, це регулятор Flyback або перетворювач Flyback. Це універсальна топологія, яка може бути використана там, де від одного вихідного джерела потрібно кілька виходів. Мало того, зворотна топологія дозволяє дизайнеру одночасно змінювати полярність вихідного сигналу. Наприклад, ми можемо створити вихід + 5 В, + 9 В і -9 В з одного модуля перетворювача. Ефективність перетворення висока в обох випадках.

Інша річ у перетворювачі Flyback - це електрична ізоляція як на вході, так і на виході. Навіщо нам потрібна ізоляція? У деяких особливих випадках для мінімізації шуму живлення та операцій, пов’язаних із безпекою, нам потрібна ізольована операція, коли джерело вхідного сигналу повністю ізольовані від вихідного джерела. Давайте вивчимо основні операції зворотного зв'язку з одним виходом.

Схема роботи Flyback Converter

Якщо ми бачимо базовий дизайн зворотного зв'язку з одним виходом, як на малюнку нижче, ми визначимо основні основні компоненти, які потрібні для його створення.

Базовий перетворювач зворотного зв'язку вимагає перемикача, який може бути полевим транзистором або транзистором, трансформатором, вихідним діодом, конденсатором.

Головне - це трансформатор. Нам слід зрозуміти правильну роботу трансформатора, перш ніж зрозуміти фактичну роботу схеми.

Трансформатор складається з мінімум двох котушок індуктивності, відомих як вторинна та первинна котушки, намотаних у формувач котушок із сердечником між ними. Сердечник визначає щільність потоку, що є важливим параметром для передачі електричної енергії від однієї обмотки до іншої. Інша найважливіша річ - це фазування трансформатора, точки, показані на первинній та вторинній обмотках.

Крім того, як ми бачимо, через транзисторний комутатор підключається ШІМ-сигнал. Це пов’язано з частотою вимикання та включення часу вимикача. ШІМ розшифровується як техніка модуляції ширини імпульсу.

У регуляторі Flyback існує дві схеми роботи, одна - фаза включення, коли первинна обмотка трансформатора заряджається, а інша - вимкнення або фаза передачі трансформатора, коли електрична енергія передається від первинної до вторинної і нарешті до вантажу.

Якщо ми припустимо, що перемикач був вимкнений протягом тривалого часу, сила струму в ланцюзі дорівнює 0 і напруги немає.

У цій ситуації, якщо перемикач увімкнено, тоді струм буде збільшуватися, а індуктор створюватиме падіння напруги, яке є точково-негативним, оскільки напруга є більш негативною на первинному пунктирному кінці. Під час цієї ситуації енергія надходить до вторинної через потік, що утворюється в ядрі. На вторинній котушці напруга створюється з однаковою полярністю, але напруга прямо пропорційна відношенню обертів вторинної та первинної котушок. Через точкову негативну напругу діод вимикається і струм не буде протікати у вторинній. Якщо конденсатор був заряджений у попередньому циклі вимкнення-увімкнення, вихідний конденсатор подаватиме лише вихідний струм на навантаження.

На наступному етапі, коли перемикач вимкнений, струм струму через первинний зменшується і, отже, вторинна точка стає більш позитивною. Так само, як і попередній етап увімкнення, полярність первинної напруги створює однакову полярність і на вторинній, тоді як вторинна напруга пропорційна співвідношенню первинної та вторинної обмоток. Через крапковий позитивний кінець діод включається, а вторинна котушка індуктивності трансформатора подає струм на вихідний конденсатор і навантаження. Конденсатор втратив заряд у циклі УВІМКНЕННЯ, тепер він знову заповнюється і здатний подавати струм заряду на навантаження під час часу увімкнення.

Протягом усього циклу вмикання та вимикання не було електричних з'єднань між вхідним джерелом живлення та вихідним джерелом живлення. Таким чином, трансформатор ізолює вхід і вихід.

Існує два режими роботи залежно від часу включення та виключення. Конвертер Flyback може працювати в безперервному режимі або в розривному режимі.

У безперервному режимі перед початковим зарядом струм переходить до нуля, цикл повторюється. З іншого боку, у розривному режимі наступний цикл починається лише тоді, коли струм первинної індуктивності переходить до нуля.

Ефективність

Тепер, якщо ми дослідимо ефективність, яка є відношенням вихідної та вхідної потужності:

(Pout / Pin) x 100%

Оскільки енергію неможливо створити або знищити, її можна лише перетворити, більшість електричних енергій втрачають невикористані сили в тепло. Крім того, немає ідеальної ситуації в практичній галузі. Ефективність є великим фактором для вибору регуляторів напруги.

Одним з основних факторів втрати потужності для імпульсного регулятора є діод. Пряме падіння напруги, помножене на струм (Vf xi) - це невикористана потужність, яка перетворюється на тепло і зменшує ефективність схеми регулятора комутації. Крім того, це додаткові витрати на схему для техніки теплового / теплового управління, наприклад, використання радіатора або вентиляторів для охолодження схеми від розсіяного тепла. Не тільки пряме падіння напруги, але і зворотне відновлення діодів кремнію також призводять до непотрібних втрат потужності та зниження загальної ефективності.

Одним з найкращих способів уникнути стандартного діода відновлення є використання діодів Шотткі, які мають низьке пряме падіння напруги та краще зворотне відновлення. В іншому аспекті перемикач змінено на сучасний дизайн MOSFET, де ефективність поліпшена в компактному та меншому корпусі.

Незважаючи на те, що комутаційні регулятори мають більш високу ефективність, техніку стаціонарного проектування, менший компонент, вони галасливіші, ніж лінійний регулятор, але все ж вони користуються широкою популярністю.

Приклад дизайну Flyback Converter з використанням LM5160

Ми використали б топологію зворотного зв'язку від Texas Instruments. Схема може бути доступна в таблиці даних.

LM5160 полягає наступну Особливості-

• Широкий діапазон вхідної напруги від 4,5 В до 65 В
• Вбудовані вимикачі високого і низького боків
  • Зовнішній діод Шотткі не потрібен
• 2-А максимальний струм навантаження
• Адаптивний постійний контроль за часом
  • Відсутність компенсації зовнішньої петлі
  • Швидка перехідна реакція
• Вибір примусової роботи ШІМ або DCM
  • FPWM підтримує багатофункціональний Fly-Buck
• Майже постійна частота комутації
  • Резистор, регульований до 1 МГц
• Програмувати час м'якого запуску
• Попередній запуск
• ± 1% опорної напруги зворотного зв'язку
• LM5160A Дозволяє зовнішнє зміщення VCC
• Властиві функції захисту для надійного дизайну
  • Захист від максимального струму
  • Регульований вхід UVLO та гістерезис
  • VCC і захисний привід UVLO
  • Захист від термічного відключення при гістерезисі
• Створіть нестандартний дизайн за допомогою LM5160A за допомогою конструктора потужності WEBENCH®

Він підтримує широкий діапазон вхідної напруги від 4,5 В до 70 В як вхідний і забезпечує 2А вихідного струму. Ми також можемо вибрати примусові ШІМ або DCM операції.

Розтискач LM5160

ІС не доступний в DIP-пакеті або в простій для розпаювання версії, хоча це і проблема, але ІС заощаджує багато місця на друкованій платі, а також покращує теплові характеристики по відношенню до радіатора. Схема штифтів показана на зображенні вище.

Абсолютний максимальний рейтинг

Нам слід бути обережними щодо абсолютного максимального рейтингу ІС.

Штифт SS і FB має низький допуск напруги.

Схема схеми Flyback Converter і працює

Використовуючи цей LM5160, ми змоделюємо ізольоване джерело живлення 12 В на основі наступних специфікацій. Ми обрали схему, оскільки все доступне на веб-сайті виробника.

Схема використовує безліч компонентів, але це не складно зрозуміти. C6, C7 і C8 на вході використовуються для фільтрації вхідного джерела. Тоді як R6 і R10 використовуються для цілей, пов'язаних із блокуванням напруги. Резистор R7 призначений для включення часу. Цей штифт програмується за допомогою простого резистора. Конденсатор С13, підключений через штифт SS, є конденсатором плавного пуску. AGND (аналоговий заземлювач) та PGND (заземлювач живлення) та PAD з'єднані з GND живлення. Праворуч, конденсатор С5, 0,01 мкФ - це конденсатор Bootstrap, який використовується для зміщення драйвера затвора. R4, C4 і C9 - це пульсаційні фільтри, де як R8 і R9 забезпечують напругу зворотного зв'язку на штифт зворотного зв'язку LM5160. Цей раціон двох резисторів визначає вихідну напругу. C10 і C11 використовуються для первинної неізольованої вихідної фільтрації.

Основним компонентом є Т1. Це зв’язаний індуктор з індуктивністю 60 мкГн з обох сторін, первинної та вторинної. Ми можемо вибрати будь-який інший приєднаний індуктор або сепічний індуктор із наступними специфікаціями -

1. Коефіцієнт поворотів SEC: PRI = 1,5: 1
2. Індуктивність = 60uH
3. Струм насичення = 840мА
4. Опір постійного струму ПЕРВИННИЙ = 0,071 Ом
5. Опір постійного струму ДРУГИЙ = 0,211 Ом
6. Частота = 150 кГц

С3 використовується для стабільності ЕМІ. D1 - прямий діод, який перетворює вихід, а C1, C2 - кришки фільтра, R2 - мінімальне навантаження, яке потрібно для запуску.

Тим, хто хоче виготовити блок живлення для спеціальних специфікацій і хоче розрахувати значення, виробник пропонує чудовий інструмент Excel, куди ви просто вкладаєте дані, і Excel буде обчислювати значення компонентів залежно від формул, наведених у таблиці даних.

Виробник також надав модель прянощів, а також повну схему, яку можна змоделювати, використовуючи власний засіб для моделювання на основі SPICE TINA-TI. Нижче наведена схема, намальована за допомогою інструменту TINA-TI, наданого виробником.

Результат моделювання може бути показаний на наступному зображенні, де можна показати ідеальний струм навантаження та напругу -