Geri dönüş anahtarlamalı güç kaynağının temel prensipleri ve çalışma yöntemleri
Temel ilkeler ve çalışma yöntemleri
Esas
Transistör Trton anahtarlandığında, transformatörün birincil Np'si bir Ip akımına sahiptir ve içinde enerji depolar (E=LpIp/2). Np ve Ns zıt kutuplara sahip olduğundan, D diyotu bu anda ters kutuplanır ve kesilir ve Yüke herhangi bir enerji aktarılmaz. Troff'u değiştirirken, Lenz yasasına göre: (e=-N△Φ/△T), transformatörün birincil sargısı bir ters potansiyel üretecektir. Bu sırada D diyotu ileri iletkendir ve yükte IL akımı akar. Geri dönüş dönüştürücünün kararlı durum dalga biçimi
İletim süresi tonunun boyutu Ip ve Vce'nin genliğini belirleyecektir:
Vcemax=VIN/1-Dmax
VIN: giriş DC voltajı; Dmax: maksimum çalışma döngüsü
Dmax=ton/T
Düşük bir kollektör voltajı elde etmek için Dmax'ın düşük tutulması gerektiği yani Dmax'ın düşük tutulması gerektiği görülmektedir.<0.5. In practical applications, Dmax=0.4 is usually taken to limit Vcemax≦2.2VIN.
Tron tüpünü değiştirirken kolektör çalışma akımı Ie, yani birincil tepe akımı Ip şöyledir: Ic=Ip=IL/n. IL=Io, Io sabit olduğunda, dönüş oranının boyutu n Ic'nin boyutunu belirlediğinden, yukarıdaki formül güç korunumu ilkesine dayalı olarak türetilmiştir ve birincil ve ikincil amper dönüşlerinin sayısı eşittir NpIp=NsI'ye. IP ayrıca aşağıdaki yöntemle de ifade edilebilir:
Ic=Ip=2po/(η*VIN*Dmax)η: Dönüştürücü verimliliği
Formül şu şekilde türetilmiştir:
Çıkış gücü:po=LIp2η/2T
Giriş voltajı: VIN=Ldi/dt, di=Ip ve 1/dt=f/Dmax varsayıldığında, o zaman:
VIN=LIpf/Dmax veya Lp=VIN*Dmax/Ipf
O zaman po şu şekilde ifade edilebilir:
po=ηVINfDmaxIp2/2fIp=1/2ηVINDmaxIp
∴Ip=2po/ηVINDmaks
Yukarıdaki formülde:
VIN: Minimum DC giriş voltajı (V)
Dmax: maksimum iletim görev döngüsü
Lp: Transformatörün birincil endüktansı (mH)
Ip: trafo primer tarafı tepe akımı (A)
f: dönüşüm frekansı (KHZ)
Çalışma şekli
Flyback transformatörleri genellikle iki modda çalışır:
1. İndüktör akımı süreksiz modu DCM (DiscontinuousInductorCurrentMode) veya "tam enerji dönüşümü": ton olarak transformatörde depolanan tüm enerji, geri dönüş süresi (toff) sırasında çıkışa aktarılır.
2. İndüktör akımı sürekli modu CCM (Sürekli İndüktör Akım Modu) veya "eksik enerji dönüşümü": transformatörde depolanan enerjinin bir kısmı, bir sonraki ton döngüsünün başlangıcına kadar toff'un sonunda tutulur.
DCM ve CCM, küçük sinyal aktarım fonksiyonları açısından çok farklıdır. Dalga biçimleri Şekil 3'te gösterilmektedir. Aslında, dönüştürücü giriş voltajı VIN geniş bir aralıkta değiştiğinde veya yük akımı IL geniş bir aralıkta değiştiğinde, iki çalışma modunu kapsamalıdır. Bu nedenle geri dönüş dönüştürücünün DCM/CCM'de stabil çalışması gerekir. Ancak tasarlamak daha zordur. Genellikle DCM/CCM kritik durumunu tasarımın temeli olarak kullanabiliriz. Mevcut mod kontrolü pWM ile birleştirilmiştir. Bu yöntem DCM'deki çeşitli sorunları etkili bir şekilde çözebilir ancak CCM'deki devrenin doğasında olan kararsızlık sorununu ortadan kaldırmaz. CCM, düşük frekans bandını ayırmak ve geçici tepki hızını azaltmak için kontrol döngüsü kazancını ayarlayarak çözülebilir. Kararsızlığa transfer fonksiyonunun "sağ yarı düzlem sıfırı" neden olur.
DCM ve CCM, küçük sinyal aktarım fonksiyonları açısından çok farklıdır.
DCM/CCM birincil ve ikincil akım dalga biçimi diyagramı
Aslında, dönüştürücünün giriş voltajı (VIN) geniş bir aralıkta değiştiğinde veya yük akımı (IL) geniş bir aralıkta değiştiğinde, iki çalışma modunu kapsamalıdır. Bu nedenle geri dönüş dönüştürücü DCM/CCM gerektirir. Her ikisi de kararlı bir şekilde çalışabilir. Ancak tasarlamak daha zordur. Genellikle DCM/CCM kritik durumunu tasarım temeli olarak kullanabiliriz ve mevcut mod kontrolü pWM'yi kullanabiliriz. Bu yöntem DCM'deki çeşitli sorunları etkili bir şekilde çözebilir ancak CCM sırasında devrede doğal bir kararsızlık sorunu yoktur. CCM'deki transfer fonksiyonunun "sağ yarı düzlem sıfır noktası"nın neden olduğu kararsızlık, düşük frekans bandını ayırmak ve geçici tepki hızını azaltmak için kontrol döngüsü kazancını ayarlayarak çözülebilir.
Kararlı bir durumda, tondaki manyetik akı artışındaki ΔΦ değişimi "toff"taki değişime eşit olmalıdır, aksi takdirde manyetik çekirdek doymuş olacaktır.
Öyleyse,
ΔΦ=VINton/Np=Vs*toff/Ns
Yani, transformatörün primer sargısının her sarımının volt/saniye değeri, sekonder sargının her sarımının volt/saniye değerine eşit olmalıdır.
Şekil 3'te DCM ve CCM'nin mevcut dalga formlarını karşılaştırırsak, DCM durumundaki Trton periyodu sırasında tüm enerji transfer dalga formunun daha yüksek bir birincil tepe akımına sahip olduğunu bilebiliriz. Bunun nedeni, birincil endüktans değeri Lp'nin nispeten düşük olması ve Ip'yi keskin bir şekilde arttırmasıdır. Artışın neden olduğu olumsuz etki, anahtarlama transistörünün Güvenli çalışma için yüksek akım taşıma kapasitesi.
CCM durumunda primer tarafın tepe akımı düşüktür ancak anahtarlama kristalinin ton durumunda yüksek kollektör akım değeri vardır. Bu, anahtarlama kristalinin yüksek güç tüketimine neden olur. Aynı zamanda CCM'ye ulaşmak için transformatörün daha yüksek bir birincil voltajına ihtiyaç vardır. Yan endüktans değeri Lp ve transformatör çekirdeğinde depolanan artık enerji, transformatörün hacminin DCM'ninkinden daha büyük olmasını gerektirirken diğer katsayılar eşittir.
Özetlemek gerekirse, DCM ve CCM transformatörlerinin tasarımı, birincil yan tepe akımının (CCM'de Ip=Imax-Imin) tanımı dışında temelde aynıdır.
