Osnovni principi i metode rada povratnog prekidačkog napajanja
Osnovni principi i metode rada
Fundamental
Kada se tranzistor Trton uključi, primarni Np transformatora ima struju Ip i pohranjuje energiju u njemu (E=LpIp/2). Budući da Np i Ns imaju suprotne polaritete, dioda D je obrnuto predrasuda i isključena je u ovom trenutku, a energija se ne prenosi na opterećenje. Prilikom prebacivanja Troffa, prema Lenzovom zakonu: (e=-N△Φ/△T), primarni namotaj transformatora će generirati reverzni potencijal. U ovom trenutku, dioda D vodi naprijed, a opterećenje ima struju IL. Stacionarni talasni oblik povratnog pretvarača
Veličina tona vremena provođenja će odrediti amplitudu Ip i Vce:
Vcemax=VIN/1-Dmax
VIN: ulazni DC napon; Dmax: maksimalni radni ciklus
Dmax{0}}tona/T
Može se vidjeti da da bi se dobio nizak napon kolektora, Dmax se mora održavati niskim, tj.<0.5. In practical applications, Dmax=0.4 is usually taken to limit Vcemax≦2.2VIN.
Radna struja kolektora Ie pri prebacivanju cijevi Tron, odnosno primarna vršna struja Ip je: Ic=Ip=IL/n. Budući da je IL=Io, kada je Io konstantan, veličina omjera navoja n određuje veličinu Ic , gornja formula je izvedena na osnovu principa očuvanja energije i broj primarnih i sekundarnih amperskih navoja je jednak na NpIp=NSI. Ip se takođe može izraziti sljedećom metodom:
Ic=Ip=2po/(η*VIN*Dmax)η: Efikasnost pretvarača
Formula je izvedena na sljedeći način:
Izlazna snaga:po=LIp2η/2T
Ulazni napon: VIN=Ldi/dt, uz pretpostavku di=Ip, i 1/dt=f/Dmax, tada:
VIN=LIpf/Dmax ili Lp=VIN*Dmax/Ipf
Tada se po može izraziti kao:
po=ηVINfDmaxIp2/2fIp=1/2ηVINDmaxIp
∴Ip=2po/ηVINDmax
U gornjoj formuli:
VIN: Minimalni DC ulazni napon (V)
Dmax: maksimalni radni ciklus provodljivosti
Lp: Primarna induktivnost transformatora (mH)
Ip: vršna struja primarne strane transformatora (A)
f: frekvencija konverzije (KHZ)
Način rada
Flyback transformatori općenito rade na dva načina:
1. Diskontinuirani režim struje induktora DCM (DiscontinuousInductorCurrentMode) ili "potpuna konverzija energije": sva energija pohranjena u transformatoru u tonu se prenosi na izlaz tokom perioda povratnog hoda (toff).
2. Kontinualni režim struje induktora CCM (ContinuousInductorCurrentMode) ili "nepotpuna konverzija energije": dio energije pohranjene u transformatoru zadržava se na kraju toff do početka sljedećeg ciklusa tone.
DCM i CCM su vrlo različiti u smislu malih funkcija prijenosa signala. Njihovi talasni oblici prikazani su na slici 3. U stvari, kada se ulazni napon pretvarača VIN promeni u velikom opsegu, ili se struja opterećenja IL promeni u velikom opsegu Kada , on mora da obuhvata dva radna režima. Stoga je potreban povratni pretvarač za stabilan rad u DCM/CCM. Ali teže je dizajnirati. Obično možemo koristiti DCM/CCM kritično stanje kao osnovu dizajna. Zajedno sa trenutnom kontrolom pWM. Ova metoda može efikasno riješiti različite probleme u DCM-u, ali ne eliminira inherentni problem nestabilnosti kola u CCM-u. CCM se može riješiti podešavanjem pojačanja kontrolne petlje kako bi se odvojio niskofrekventni pojas i smanjila prolazna brzina odziva. Nestabilnost je uzrokovana "nulom desne poluravnine" prijenosne funkcije.
DCM i CCM su vrlo različiti u smislu malih funkcija prijenosa signala.
DCM/CCM primarni i sekundarni dijagram valnog oblika struje
U stvari, kada se ulazni napon pretvarača VIN promijeni u velikom rasponu, ili se struja opterećenja IL promijeni unutar velikog raspona, on mora obuhvatiti dva načina rada. Stoga, povratni pretvarač zahtijeva DCM/CCM. Oba mogu raditi stabilno. Ali teže je dizajnirati. Obično možemo koristiti DCM/CCM kritično stanje kao osnovu dizajna i koristiti pWM kontrolu trenutnog moda. Ova metoda može efikasno riješiti različite probleme u DCM-u, ali u Ne postoji inherentni problem nestabilnosti u kolu tokom CCM-a. Nestabilnost uzrokovana "nultom tačkom desne polovice ravnine" funkcije prijenosa u CCM-u može se riješiti podešavanjem pojačanja kontrolne petlje kako bi se odvojio opseg niske frekvencije i smanjila prolazna brzina odziva.
U stabilnom stanju, promjena inkrementa magnetnog fluksa ΔΦ na tonu mora biti jednaka promjeni na "toff", inače će magnetno jezgro biti zasićeno.
dakle,
ΔΦ=VINton/Np=Vs*toff/Ns
Odnosno, vrijednost volti/sekunde svakog zavoja primarnog namotaja transformatora mora biti jednaka vrijednosti volti/sekunde svakog zavoja sekundarnog namotaja.
Upoređujući trenutne valne oblike DCM-a i CCM-a na slici 3, možemo znati da tokom Trtonovog perioda u stanju DCM-a, cijeli talasni oblik prijenosa energije ima višu primarnu vršnu struju. To je zato što je vrijednost primarne induktivnosti Lp relativno niska, što čini Ip oštrim. Negativan efekat uzrokovan povećanjem je povećanje gubitka namotaja (gubitak namotaja) i struje mreškanja ulaznog filterskog kondenzatora, što zahtijeva da komutacijski tranzistor ima visoka strujna nosivost za siguran rad.
U stanju CCM, vršna struja primarne strane je niska, ali prekidački kristal ima visoku vrijednost struje kolektora u stanju tona. Ovo rezultira velikom potrošnjom energije prekidača. Istovremeno, da bi se postigao CCM, potreban je veći primarni napon transformatora. Vrijednost bočne induktivnosti Lp i preostala energija pohranjena u jezgri transformatora zahtijevaju da volumen transformatora bude veći od volumena DCM, dok su ostali koeficijenti jednaki.
Da sumiramo, dizajn DCM i CCM transformatora je u osnovi isti, osim definicije primarne bočne vršne struje (Ip=Imax-Imin u CCM).
