ตัวแปลงฟลายแบ็คได้รับการออกแบบให้เหมือนกับแหล่งจ่ายไฟของโหมดสวิตช์ในช่วง 70 ปีที่ผ่านมาเพื่อทำการแปลงทุกประเภทเช่น AC เป็น DC และ DC เป็น DC การออกแบบฟลายแบ็คทำให้ได้เปรียบในการพัฒนาโทรทัศน์เพื่อการสื่อสารในช่วงทศวรรษที่ 1930 ถึง 1940 ใช้แนวคิดการจ่ายสวิตชิ่งแบบไม่ใช่เชิงเส้น หม้อแปลงฟลายแบ็ค เก็บพลังงานแม่เหล็กและทำหน้าที่เป็น ตัวเหนี่ยวนำ เมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบที่ไม่ใช่ฟลายแบ็ค บทความนี้เกี่ยวกับตัวแปลงฟลายแบ็คที่ใช้งานได้และโทโพโลยี
Flyback Converter คืออะไร?
ตัวแปลง Flyback ถูกกำหนดให้เป็นตัวแปลงไฟซึ่งจะแปลง AC เป็น DC โดยมีการแยกไฟฟ้าระหว่างอินพุตและเอาต์พุต เก็บพลังงานเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรและปล่อยพลังงานออกเมื่อไฟฟ้าถูกถอดออก มันใช้ตัวเหนี่ยวนำควบคู่กันและทำหน้าที่เป็นตัวแปลงสวิตชิ่งแบบแยกสำหรับหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบ step down หรือ step-up
สามารถควบคุมและควบคุมแรงดันเอาต์พุตหลายตัวด้วยแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่หลากหลาย ส่วนประกอบ จำเป็นในการออกแบบตัวแปลงฟลายแบ็คมีเพียงไม่กี่ตัวเมื่อเทียบกับวงจรจ่ายไฟโหมดสวิตชิ่งอื่น ๆ คำว่า flyback เรียกว่าการทำงานเปิด / ปิดของสวิตช์ที่ใช้ในการออกแบบ
การออกแบบ Flyback Converter
การออกแบบตัวแปลงฟลายแบ็คนั้นง่ายมากและมี ส่วนประกอบไฟฟ้า เช่นหม้อแปลงฟลายแบ็คสวิตช์วงจรเรียงกระแสตัวกรองและอุปกรณ์ควบคุมเพื่อขับเคลื่อนสวิตช์และบรรลุการควบคุม
สวิตช์นี้ใช้เพื่อเปิดและปิดวงจรหลักซึ่งสามารถทำให้แม่เหล็กหรืออำนาจแม่เหล็กของหม้อแปลงลดลงได้ สัญญาณ PWM จากคอนโทรลเลอร์จะควบคุมการทำงานของสวิตช์ ในการออกแบบหม้อแปลงฟลายแบ็คส่วนใหญ่จะใช้ FET หรือ MOSFET หรือทรานซิสเตอร์พื้นฐานเป็นสวิตช์
การออกแบบ Flyback Converter
วงจรเรียงกระแสจะแก้ไขแรงดันไฟฟ้าของขดลวดทุติยภูมิเพื่อให้ได้เอาต์พุต DC แบบพัลซิ่งและตัดการเชื่อมต่อโหลดจากขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลง ตัวเก็บประจุจะกรองแรงดันเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสและเพิ่มระดับเอาต์พุต DC ตามการใช้งานที่ต้องการ
หม้อแปลงฟลายแบ็คใช้เป็นตัวเหนี่ยวนำเพื่อเก็บพลังงานแม่เหล็ก ได้รับการออกแบบให้เป็นตัวเหนี่ยวนำคู่สองตัวซึ่งทำหน้าที่เป็นขดลวดหลักและขดลวดทุติยภูมิ ทำงานที่ความถี่สูงเกือบ 50KHz
การคำนวณการออกแบบ
มีความจำเป็นต้องพิจารณา การคำนวณการออกแบบตัวแปลง flyback ของอัตราส่วนรอบการทำงานและกระแสของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ เนื่องจากอัตราส่วนรอบอาจส่งผลต่อกระแสที่ไหลผ่านขดลวดหลักและรองและรอบการทำงาน เมื่ออัตราส่วนการเลี้ยวสูงรอบการทำงานก็จะสูงเช่นกันและกระแสที่ผ่านขดลวดหลักและรองจะลดลง
เนื่องจากหม้อแปลงที่ใช้ในวงจรเป็นแบบกำหนดเองจึงไม่สามารถรับหม้อแปลงที่สมบูรณ์แบบพร้อมอัตราส่วนการหมุนได้ในทุกวันนี้ ดังนั้นการเลือกหม้อแปลงที่มีการจัดอันดับที่ต้องการและใกล้เคียงกับการจัดอันดับที่ต้องการมากขึ้นอาจชดเชยความแตกต่างของแรงดันและเอาต์พุต
พารามิเตอร์อื่น ๆ เช่นวัสดุหลักผลกระทบของช่องว่างอากาศและโพลาไรซ์ควรได้รับการพิจารณาโดยวิศวกร
การคำนวณการออกแบบตัวแปลงฟลายแบ็คโดยพิจารณาจากตำแหน่งสวิตช์จะกล่าวถึงด้านล่าง
เมื่อสวิตช์เปิดอยู่
Vin - VL - Vs = 0
ในสภาวะที่เหมาะสม Vs = 0 (แรงดันตก)
แล้ว Vin - VL = 0
VL = Lp di / dt
ดิ = (VL / Lp) x dt
ตั้งแต่ VL = Vin
ดิ = (Vin / Lp) x dt
เราได้รับการผสานรวมทั้งสองด้าน
กระแสที่ขดลวดปฐมภูมิคือ
Ipri = (Vin. / lp) ตัน
พลังงานทั้งหมดที่เก็บไว้ในขดลวดปฐมภูมิคือ
Epri = ½อิปรีสองX Lp
โดยที่ Vin = แรงดันไฟฟ้าขาเข้า
Lp = การเหนี่ยวนำของขดลวดปฐมภูมิหรือการเหนี่ยวนำหลัก
Ton = ช่วงเวลาที่สวิตช์เปิดอยู่
เมื่อสวิตช์ปิดอยู่
VL (รอง) - VD - ห้องนิรภัย = 0
ไดโอดแรงดันตกจะเป็นศูนย์ในสภาวะที่เหมาะสม
VL (รอง) - Vout = 0
VL (รอง) = Vout
VL = Ls di / dt
di = (VL รอง / Ls) / dt
ตั้งแต่ VL รอง = Vout
ดังนั้น
di = Vout / Ls) X dt
เราจะได้รับ
Isec = (Vsec / Ls) (T - ตัน)
พลังงานทั้งหมดที่ถ่ายโอนจะแสดงเป็น
Esec = ½ [(Vsec / Ls) (T - โทน)]สอง. ล
โดยที่ Vsec = แรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ = แรงดันเอาต์พุตทั้งหมดที่โหลด
Ls = การเหนี่ยวนำของขดลวดทุติยภูมิ
T = ระยะเวลาสัญญาณ pwm
Ton = เปิดเวลา
การทำงานของ Flyback Converter / หลักการทำงาน
การทำงานของตัวแปลงฟลายแบ็คสามารถเข้าใจได้จากแผนภาพด้านบน หลักการทำงานเป็นไปตามโหมดแหล่งจ่ายไฟสลับโหมด (SMPS)
เมื่อสวิตช์อยู่ในตำแหน่ง ON จะไม่มีการถ่ายเทพลังงานระหว่างอินพุตและโหลด พลังงานทั้งหมดจะถูกเก็บไว้ในขดลวดปฐมภูมิของวงจร ที่นี่ระบายแรงดันไฟฟ้า Vd = 0 และ Ip ปัจจุบันผ่านขดลวดปฐมภูมิ พลังงานจะถูกเก็บไว้ในรูปแบบของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของหม้อแปลงและกระแสจะเพิ่มขึ้นตามเวลาเชิงเส้น จากนั้นไดโอดจะกลายเป็นแบบเอนเอียงแบบย้อนกลับและไม่มีกระแสไหลไปยังขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงและพลังงานทั้งหมดจะถูกเก็บไว้ในตัวเก็บประจุที่ใช้ที่เอาต์พุต
เมื่อสวิตช์อยู่ในตำแหน่งปิดพลังงานจะถูกถ่ายโอนไปยังโหลดโดยการเปลี่ยนขั้วของขดลวดหม้อแปลงเนื่องจากสนามแม่เหล็กและวงจรเรียงกระแสจะเริ่มแก้ไขแรงดันไฟฟ้า พลังงานทั้งหมดในแกนจะถูกถ่ายโอนไปยังโหลดจะได้รับการแก้ไขและกระบวนการจะดำเนินต่อไปจนกว่าพลังงานในแกนจะหมดลงหรือจนกว่าสวิตช์จะเปิด
โครงสร้างของ Flyback Converter
โทโพโลยีตัวแปลงฟลายแบ็คสามารถปรับเปลี่ยนได้ยืดหยุ่นและใช้งานง่ายโดยส่วนใหญ่จะใช้การออกแบบ SMPS (แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์) พร้อมคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่ดีที่ให้ประโยชน์กับแอปพลิเคชันมากมาย
ลักษณะการทำงานของโทโพโลยีตัวแปลงฟลายแบ็คแสดงไว้ด้านล่าง
โครงสร้าง Flyback
รูปคลื่นข้างต้นแสดงการเปลี่ยนอย่างกะทันหันและกระแสการย้อนกลับของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลงฟลายแบ็ค แรงดันไฟฟ้าขาออกจะถูกควบคุมโดยการปรับการทำงานเปิด / ปิดของรอบการทำงานของขดลวดปฐมภูมิ เราสามารถแยกอินพุตและเอาต์พุตได้โดยใช้ข้อมูลป้อนกลับหรือใช้ขดลวดเพิ่มเติมบนหม้อแปลง
Flyback Topology SMPS
แผนภาพ SMPS โทโพโลยี flyback แสดงไว้ด้านล่าง
การออกแบบ SMPS โทโพโลยี flyback ไม่จำเป็นต้องมีน้อยลง ของส่วนประกอบสำหรับช่วงพลังงานที่กำหนดเมื่อเปรียบเทียบกับโทโพโลยี SMPS อื่น ๆ สามารถทำงานสำหรับแหล่งจ่ายไฟ AC หรือ DC ที่กำหนด หากอินพุตถูกนำมาจากแหล่งจ่ายไฟ AC แรงดันไฟฟ้าขาออกจะถูกแก้ไขอย่างสมบูรณ์ ที่นี่ MOSFET ใช้เป็น SMPS
การทำงานของโทโพโลยี SMPS flyback นั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของสวิตช์นั่นคือ MOSFET
Flyback Topology SMPS
สามารถทำงานในโหมดต่อเนื่องหรือเลิกใช้งานตามตำแหน่งของสวิตช์หรือ FET ในรุ่นที่ยกเลิกการผลิตกระแสไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิจะกลายเป็นศูนย์ก่อนที่สวิตช์จะเปิด ในโหมดต่อเนื่องกระแสไฟฟ้าในโหมดทุติยภูมิจะไม่กลายเป็นศูนย์
เมื่อปิดสวิตช์พลังงานที่เก็บไว้ในการเหนี่ยวนำการรั่วไหลของหม้อแปลงจะไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิและถูกดูดซับโดยวงจรแคลมป์อินพุตหรือวงจรดูแคลน บทบาทของวงจร snubber คือการป้องกันสวิตช์จากแรงดันไฟฟ้าอุปนัยสูง จะมีการกระจายพลังงานระหว่างการเปลี่ยนเปิดและปิดของสวิตช์
การออกแบบหม้อแปลง SMPS Flyback
การออกแบบหม้อแปลงฟลายแบ็ค SMPS เป็นที่นิยมมากกว่าการออกแบบแหล่งจ่ายไฟปกติเนื่องจากต้นทุนต่ำประสิทธิภาพและการออกแบบที่เรียบง่าย มันแยกขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลงสำหรับอินพุตหลายตัวและให้แรงดันเอาต์พุตหลายตัวซึ่งอาจเป็นบวกหรือลบ
การออกแบบหม้อแปลงฟลายแบ็ค SMPS พื้นฐานเมื่อสวิตช์เปิดและปิดแสดงอยู่ด้านล่าง นอกจากนี้ยังใช้เป็นตัวแปลงไฟแยก หม้อแปลงฟลายแบ็คที่ใช้ในการออกแบบประกอบด้วยขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิแยกออกจากกันด้วยไฟฟ้าเพื่อหลีกเลี่ยงการมีเพศสัมพันธ์ชั่วคราวลูปกราวด์และให้ความยืดหยุ่น
สวิตช์หม้อแปลงเปิดอยู่
การใช้การออกแบบหม้อแปลงฟลายแบ็ค SMPS มีข้อได้เปรียบเหนือการออกแบบหม้อแปลงทั่วไป ที่นี่กระแสจะไม่ไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิในเวลาเดียวกันเนื่องจากเฟสของขดลวดจะกลับด้านดังแสดงในรูปด้านบน
สวิตช์หม้อแปลงปิดอยู่
มันเก็บพลังงานในรูปแบบของสนามแม่เหล็กในขดลวดปฐมภูมิเป็นระยะเวลาหนึ่งและถ่ายโอนไปยังขดลวดปฐมภูมิ แรงดันไฟฟ้าขาออกสูงสุดช่วงการทำงานช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออกความสามารถในการส่งกำลังและลักษณะของรอบฟลายแบ็คเป็นตัวแปรสำคัญในการออกแบบหม้อแปลงฟลายแบ็ค SMPS
การใช้งาน
โปรแกรมแปลง flyback คือ
- ใช้ในโทรทัศน์และเครื่องพีซีที่มีกำลังไฟต่ำถึง 250W
- ใช้ในแหล่งจ่ายไฟแบบสแตนด์บายในชิ้นอิเล็กทรอนิกส์ (โหมดสวิตช์ไฟต่ำ)
- ใช้ในโทรศัพท์มือถือและที่ชาร์จมือถือ
- ใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงเช่นโทรทัศน์ CRT เลเซอร์ไฟฉายและอุปกรณ์ถ่ายเอกสารเป็นต้น
- ใช้ในอุปกรณ์จ่ายไฟอินพุต - เอาท์พุตหลายตัว
- ใช้ในวงจรเกตไดรฟ์แยก
ดังนั้นทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลเกี่ยวกับ ภาพรวมของตัวแปลงฟลายแบ็ค - การออกแบบหลักการทำงานการทำงานโทโพโลยีการออกแบบหม้อแปลงฟลายแบ็ค SMPS โทโพโลยีการออกแบบโทโพโลยี SMPS และการใช้งาน นี่คือคำถามสำหรับคุณ 'ฟลายแบ็คคอนเวอร์เตอร์มีข้อดีอย่างไร? “
