Flyback konverter Under the Hood

Flyback konverter tulajdonságai Népszerű alacsony teljesítményű konverter Egyszerű Olcsó Galvanikus izoláció és egyben kimeneti tekercs Feszültség csökkentésre és növelésre is alkalmas Kielégítő hatásfok Több kimenet Gyenge kereszt-szabályozás

Flyback konverter működése A kimenet lehet pozitív és negatív is a tekercselés irányától függően 𝑉 𝑜 = 𝑁 2 𝑁 1 ∗ 𝐷 1−𝐷 ∗ 𝑉 𝑖 CCM:

Flyback konverter működése DCM: TM: Kisebb induktivitás Minimum MOSFET kapcsolási Kisebb transzformátor veszteség Nagyobb áramhullámosság Magasabb hatásfok Áramcsúcs akár kétszerese is lehet CCM-hez képest

Flyback konverter áramok Árammeredekség: A kommutációs idő alatt a szórt (leakage) induktivitás miatt tölti a drain-source kapacitást. Ha eléri Vds brakedown-t tönkremegy.

Kimenetek számítása CCM: DCM: 𝑃 𝐷𝐶𝑀 = 𝑉 𝑜 ∗ 𝐼 𝑜 𝑉 𝑜 = 𝑁 2 𝑁 1 ∗ 𝐷 1−𝐷 ∗ 𝑉 𝑖 𝐷 𝐶𝐶𝑀 = 𝑉 𝑜 𝑁 2 ∗ 𝑉 𝑖 + 𝑉 𝑜 DCM: 𝑃 𝐷𝐶𝑀 = 𝑉 𝑜 ∗ 𝐼 𝑜 𝑃 𝐷𝐶𝑀 = 𝑉 𝑖 2 ∗ 𝐷 2 2𝐿∗𝐹𝑟𝑒𝑞 𝐷 𝐷𝐶𝑀 = 2𝑃 𝐷𝐶𝑀 ∗𝐿∗𝐹𝑟𝑒𝑞 𝑉 𝑖 2

Flyback szabályzási vonatkozás Az energia csak a MOSFET kikapcsolásakor kerül a terhelésre A beavatkozás a bekapcsolási időre vonatkozik, melynek hatása így csak késve jelenik meg RHPZ (jobb félsík zérus) kisjelű analízis viselkedés A fázis csökken, az erősítés növekszik A RHPZ frekvencia miatt általános szabály, hogy: Minimum bemenő feszültségre Maximum terhelésre tervezünk! A szabályzási frekvenciát az RHPZ frekvencia 1/5-ére válasszuk! DCM esetén nem jelent problémát az RHPZ, mivel normál esetben nem haladja meg a kapcsolási frekvencia felét. Például: Ugrás szerűen növekszik a terhelés, a szabályzó növeli a bekapcsolási időt, így csökken a kikapcsolási idő.

Szabályozási módok Feszültség szabályozás (VMC) Áram szabályozás (CMC) VMC estés CCM-ben, amikor relatíve alacsony frekvencián működik, A transzformátor induktivitása és a kimeneti kapacitás miatt dupla pólussal kell számolni! Ez jelentősen bonyolítja a szabályozókört.

Flyback üzemmódok Üzemmód Előnyök Hátrányok CCM DCM TM Kis áramhullámosság Alacsony MOSFET vezetési veszteség Jobb kereszt szabályozás Kisebb transzformátor veszteség Kisebb EMI szűrő Dióda zárási veszteség RHPZ Alacsony hatásfok kis terheléseknél Nagyobb feszültség igénybevétel a szekunder diódának DCM Nincs dióda zárási veszteség Nincs RHPZ probléma Kisebb induktivitás Első rendű szabályozás VMC-ben is Nagy csúcsáramok Magasabb vezetési veszteség Magasabb transzformátor veszteség Magasabb kimeneti kapacitás terhelés Nagyobb EMI szűrő TM Nincs szekunder köri snubber veszteség Kisebb MOSFET bekapcsolási veszteségek

Flyback transzformátor A transzformátor más alkalmazásokkal szemben energiát tárol, mielőtt átadná a kimenetnek Az energia egy időben csak az egyik oldalon folyik Általában több szekunder oldali tekercselést használ

Szórt (leakage) induktivitás A mértéke annak az energiának, amely a szórt fluxusban tárolódik, de nem csatolódik át a másik tekercsre A szórt fluxus része a mágneses mezőnek, amit a tekercs hoz létre Mivel az energia nem folyik egyszerre a primer és szekunder oldalon, így a szórt induktivitásnak csak a kapcsolóelem kommutációs ideje alatt van szerepe A szórt induktivitás a : tekercselés geometriájának, a menetszámnak a szekunder és primer oldal távolságának függvénye!

Szórt induktivitás hatása

Szórt induktivitás hatásai Feszültség tüskék a kapcsoló elemen mind a primer és szekunder oldalon Hatásfok csökkenés Hatás a kereszt szabályozásra Nagyobb kitöltési tényező szükséges Nagyobb EMI sugárzás a transzformátortól

Transzformátor hatásfok A hatásfok növeléséhez minimalizálni kell a nagyfrekvenciás vezetési veszteséget, vagyis a szkin effektus veszteségét. Minimalizálni kell az örvény áramokból adódó veszteségeket. Vezeték típusoknak és méreteiknek nagy hatása van ezekre a jelenségekre. Litz vezeték Minimalizálni kell a szórt induktivitásokat