O que é um conversor Flyback: Design e seu funcionamento

O conversor flyback é projetado como a fonte de alimentação comutada dos últimos 70 anos para realizar qualquer tipo de conversão, como CA para CC e CC para CC. O design do flyback deu a vantagem de desenvolver a televisão para comunicação nos primeiros anos de 1930 a 1940. Ele usa um conceito de alimentação de comutação não linear. O transformador flyback armazena energia magnética e atua como um indutor quando comparado a um design não flyback. Este artigo é sobre o funcionamento do conversor flyback e sua topologia.

O que é um conversor Flyback?

Os conversores flyback são definidos como conversores de energia, que convertem CA em CC com isolamento galvânico entre as entradas e saídas. Ele armazena a energia quando a corrente flui através do circuito e libera a energia quando a energia é removida. Ele usava um indutor mutuamente acoplado e atua como um conversor de chaveamento isolado para transformadores de potencial redutor ou redutor.

Ele pode controlar e regular as múltiplas tensões de saída com uma ampla gama de tensões de entrada. O componentes necessários para projetar um conversor flyback são poucos quando comparados a outros circuitos de fonte de alimentação de modo de comutação. A palavra flyback é conhecida como a ação liga / desliga da chave usada no projeto.

Projeto do conversor flyback

O design do conversor flyback é muito simples e contém componentes elétricos como um transformador flyback, interruptor, retificador, filtro e um dispositivo de controle para acionar o interruptor e alcançar a regulação.

A chave é usada para ligar e desligar o circuito primário, que pode magnetizar ou desmagnetizar o transformador. O sinal PWM do controlador controla a operação da chave. Na maioria dos projetos de transformadores flyback, FET ou MOSFET ou um transistor básico é usado como a chave.

Projeto do conversor flyback

O retificador retifica a tensão do enrolamento secundário para obter uma saída CC pulsante e desconecta a carga do enrolamento secundário do transformador. O capacitor filtra a tensão de saída do retificador e aumenta o nível de saída CC de acordo com a aplicação desejada.

O transformador flyback é usado como um indutor para armazenar a energia magnética. Ele é projetado como um indutor dois acoplado, que atua como enrolamento primário e secundário. Ele opera em altas frequências de quase 50KHz.

Cálculos de Projeto

É necessário considerar o cálculos de projeto de conversor flyback da relação de espiras, ciclo de trabalho e as correntes dos enrolamentos primário e secundário. Porque a relação de espiras pode afetar a corrente que flui através do enrolamento primário e secundário e também o ciclo de trabalho. Quando a relação de espiras é alta, o ciclo de trabalho também se torna alto e a corrente que passa pelos enrolamentos primário e secundário diminui.

Como o transformador usado no circuito é um tipo personalizado, não é possível obter um transformador perfeito com uma relação de espiras atualmente. Portanto, a escolha do transformador com as classificações desejadas e mais próxima das classificações exigidas pode compensar a diferença na tensão e na saída.

Os outros parâmetros como o material do núcleo, o efeito do entreferro e a polarização devem ser considerados pelos engenheiros.

Os cálculos do projeto do conversor flyback considerando a posição da chave são discutidos abaixo.

Quando o interruptor está LIGADO

Vin - VL - Vs = 0

Em condição ideal, Vs = 0 (queda de tensão)

Então Vin - VL = 0

VL = Lp di / dt

di = (VL / Lp) x dt

Desde a VL = Vin

di = (Vin / Lp) x dt

Ao aplicar a integração em ambos os lados, obtemos,

A corrente no enrolamento primário é

Ipri = (Vin. / Lp) Ton

A energia total armazenada no enrolamento primário é,

Epri = ½ Ipri^doisX Lp

Onde Vin = tensão de entrada

Lp = indutância do enrolamento primário ou indutância primária.

Ton = período quando o interruptor está LIGADO

Quando o interruptor está desligado

VL (secundário) - VD - Vault = 0

A queda de tensão do diodo será zero em uma condição ideal

VL (secundário) - Vout = 0

VL (secundário) = Vout

VL = Ls di / dt

di = (VL secundário / Ls) / dt

Visto que VL secundário = Vout

Conseqüentemente,

di = Vout / Ls) X dt

Ao aplicar a integração, obtemos

Isec = (Vsec / Ls) (T - Ton)

A energia total transferida é expressa como

Esec = ½ [(Vsec / Ls). (T - Tom)]^dois. Ls

Onde Vsec = tensão no enrolamento secundário = tensão total de saída na carga

Ls = indutância do enrolamento secundário

T = período de sinal pwm

Ton = hora de ligar

Operação do conversor Flyback / Princípio de funcionamento

A operação do conversor flyback pode ser entendida a partir do diagrama acima. O princípio de funcionamento é baseado no modo de alimentação comutada (SMPS).

Quando a chave está na posição ON, não há transferência de energia entre a entrada e a carga. A energia total será armazenada no enrolamento primário do circuito. Aqui, a tensão de dreno Vd = 0 e a corrente Ip passa pelo enrolamento primário. A energia é armazenada na forma de indutância magnética do transformador e a corrente aumenta linearmente com o tempo. Então, o diodo torna-se polarizado reverso e nenhuma corrente flui para o enrolamento secundário do transformador e a energia total é armazenada no capacitor usado na saída.

Quando a chave está na posição OFF, a energia é transferida para a carga alterando a polaridade dos enrolamentos do transformador devido ao campo magnético e o circuito retificador começa a retificar a tensão. A energia total no núcleo será transferida para a carga será retificada e o processo será continuado até que a energia no núcleo se esgote ou até que a chave seja ligada.

Topologia do conversor flyback

A topologia do conversor flyback é adaptável, flexível, simples, com design SMPS (fonte de alimentação comutada), com características de bom desempenho que oferecem uma vantagem para muitas aplicações.
As características de desempenho da topologia do conversor flyback são mostradas abaixo.

Topologia Flyback

As formas de onda acima mostram as transições repentinas e as correntes de reversão do enrolamento primário e secundário do transformador flyback. A tensão de saída será regulada ajustando as ações liga / desliga do ciclo de trabalho do enrolamento primário. Podemos isolar a entrada e a saída usando o feedback ou usando um enrolamento adicional no transformador

Topologia Flyback SMPS

Os diagramas SMPS de topologia flyback são mostrados abaixo.

O design SMPS da topologia flyback requer menos não. Dos componentes para uma determinada faixa de potência em comparação com outras topologias SMPS. Ele pode operar para uma determinada fonte CA ou CC. Se a entrada for obtida da fonte CA, a tensão de saída será totalmente retificada. Aqui o MOSFET é usado como um SMPS.

A operação da topologia flyback SMPS é totalmente baseada na posição do switch, ou seja, MOSFET.

Topologia Flyback SMPS

Ele pode operar em um modo contínuo ou descontinuado com base na posição da chave ou FET. No modelo descontinuado, a corrente no enrolamento secundário torna-se zero antes de a chave ser ligada. No modo contínuo, a corrente no secundário não se torna zero.

Quando a chave é desligada, a energia armazenada na indutância de vazamento do transformador flui através do enrolamento primário e é absorvida pelo circuito de grampo de entrada ou circuito de amortecimento. O papel do circuito de amortecimento é proteger o switch de altas tensões indutivas. Haverá dissipação de energia durante as transições ON e OFF do switch.

Projeto do transformador SMPS Flyback

O design do transformador flyback SMPS é mais popular do que os designs normais de fonte de alimentação devido ao seu baixo custo, eficiência e design simples. Ele isola o enrolamento primário e secundário do transformador para várias entradas fornecidas e fornece várias tensões de saída, que podem ser positivas ou negativas.

O projeto básico do transformador flyback SMPS quando a chave é LIGADA e DESLIGADA é mostrado abaixo. Ele também é usado como um conversor de energia isolado. O transformador flyback usado no projeto contém enrolamento primário e secundário, separados eletricamente para evitar acoplamento transiente, loops de aterramento e fornece flexibilidade.

O interruptor do transformador está LIGADO

O uso do projeto de transformador flyback SMPS tem uma vantagem sobre o projeto de transformador convencional. Aqui, a corrente não flui através do enrolamento primário e secundário ao mesmo tempo porque a fase do enrolamento é revertida, conforme mostrado na figura acima.

O interruptor do transformador está DESLIGADO

Ele armazena a energia na forma de campo magnético no enrolamento primário por um determinado período de tempo e a transfere para o enrolamento primário. A tensão de carga máxima de saída, as faixas de operação, as faixas de tensão de entrada e saída, a capacidade de entrega de energia e as características dos ciclos flyback são os parâmetros importantes no projeto do transformador flyback SMPS.

Formulários

O aplicações conversor flyback são,

• Usado em aparelhos de televisão e PCs com baixa potência de até 250W
• Usado em fontes de alimentação em espera em PCs eletrônicos (modo de interruptor de baixa potência)
• Usado em telefones celulares e carregadores de celular
• Usado em fontes de alta tensão como televisão, CRTs, lasers, lanternas e dispositivos de cópia, etc.
• Usado em várias fontes de alimentação de entrada e saída
• Usado em circuitos de acionamento de portão isolado.

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