Diseño, trabajo, cálculos y sus aplicaciones.

El convertidor flyback se ha diseñado como fuente de alimentación conmutada durante los últimos 70 años para realizar cualquier tipo de conversión, como CA a CC y CC a CC. El diseño flyback dio una ventaja al desarrollo de la televisión para la comunicación a principios de la década de 1930 a 1940. Utiliza un concepto de fuente de alimentación de conmutación no lineal. El transformador flyback almacena energía magnética y actúa como un inductor en comparación con un diseño sin flyback. Este artículo trata sobre el funcionamiento del convertidor flyback y su topología.


Índice de Contenido
  1. ¿Qué es un convertidor Flyback?
    1. Diseño de convertidor flyback
    2. Cómo funciona el convertidor Flyback/principio de funcionamiento
    3. Aplicaciones

¿Qué es un convertidor Flyback?

Los convertidores Flyback se definen como convertidores de potencia, que convierten la corriente alterna en corriente continua con aislamiento galvánico entre entradas y salidas. Almacena energía cuando la corriente fluye a través del circuito y libera energía cuando se quita la energía. Utiliza un inductor mutuamente acoplado y actúa como un convertidor de conmutación aislado para transformadores reductores o elevadores.

Puede controlar y regular múltiples voltajes de salida con una amplia gama de voltajes de entrada. Se requieren menos componentes para diseñar un convertidor inversor en comparación con otros circuitos de fuente de alimentación conmutada. La palabra flyback se refiere a la acción de encendido/apagado del interruptor utilizado en el diseño.

Diseño de convertidor flyback

El diseño del convertidor flyback es muy simple y consta de componentes eléctricos como transformador flyback, interruptor, rectificador, filtro y regulador para impulsar el interruptor y proporcionar regulación.

El interruptor se utiliza para encender y apagar el circuito primario, que puede magnetizar o desmagnetizar el transformador. La señal PWM del controlador controla el funcionamiento del interruptor. En la mayoría de los diseños de transformadores inversores, un FET o MOSFET en el que se utiliza un transistor base como interruptor.

Diseño de convertidor flyback

El rectificador rectifica la tensión del devanado secundario para obtener una salida de CC pulsante y desconecta la carga del devanado secundario del transformador. El capacitor filtra el voltaje de salida del rectificador y aumenta el nivel de salida de CC según la aplicación deseada.

El transformador flyback se utiliza como inductor para almacenar energía magnética. Está diseñado como un inductor de doble acoplamiento, que actúa como devanado primario y secundario. Opera a altas frecuencias de casi 50KHz.

Cálculos de diseño

Tienes que pensar en el calcular el diseño del convertidor flyback la relación de espiras, el ciclo de trabajo y las corrientes de los devanados primario y secundario. Porque la relación de vueltas puede afectar la corriente que fluye en los devanados primario y secundario, así como el ciclo de trabajo. Cuando la relación de vueltas es alta, el ciclo de trabajo también se vuelve alto y se reduce la corriente a través de los devanados primario y secundario.

Como el transformador utilizado en el circuito es de tipo personalizado, hoy en día es imposible encontrar un transformador perfecto con relación de transformación. Por lo tanto, al elegir el transformador con las clasificaciones deseadas y más cercanas a las clasificaciones requeridas, podría compensar la diferencia de voltaje y salida.

Los ingenieros deben considerar otros parámetros, como el material del núcleo, el efecto del espacio de aire y la polarización.

El cálculo de diseño del convertidor inversor teniendo en cuenta la posición del interruptor se describe a continuación.

Cuando el interruptor está encendido

Vin-VL-Vs = 0

En condiciones ideales, Vs = 0 (caída de tensión)

Asi que Vino – NAV = 0

VL = Lp di/dt

di = (VL / LP) x dt

Ya que LV = Vino

di = (Vin / lp) x dt

Aplicando la integración a ambos lados, obtenemos,

Es la corriente en el devanado primario.

Ipri =( Vin. /lp )Tonelada

La energía total almacenada en el devanado primario es,

Epri = ½ Ipri2 X Lp

Donde Vin = voltaje de entrada

Lp = inductancia del devanado primario o inductancia primaria.

Tono = período el interruptor está encendido

Cuando el interruptor está apagado

VL (secundario) – VD – Vsal = 0

La caída de voltaje del diodo será cero en condiciones ideales.

VL (secundario) – Vout = 0

VL (secundario) = Vsal

VL = Ls di/dt

di = (LV secundario / Ls) / dt

Dado que secundario VL = Vout

Asi que,

di = Vsal / Ls ) X dt

Aplicando la integración, obtenemos

Iseg = (Vseg/Ls) (T – Tonelada)

La energía total transferida se expresa i

Ezequiel = ½[(Vsec/Ls) . (T – Ton) ]2. ls

Donde Vsec = tensión en el devanado secundario = tensión de salida total en carga

Ls = inductancia del devanado secundario

T = período de la señal pwm

Tono = tiempo de encendido

Cómo funciona el convertidor Flyback/principio de funcionamiento

El funcionamiento del convertidor flyback se puede entender a partir del diagrama anterior. El principio de funcionamiento se basa en la fuente de alimentación conmutada (SMPS).

Cuando el interruptor está en la posición ON, no hay transferencia de energía entre la entrada y la carga. La energía total se almacenará en el devanado primario del circuito. Aquí, el voltaje de drenaje Vd = 0 y la corriente Ip fluyen a través del devanado principal. La energía se almacena como la inductancia magnética del transformador y la corriente aumenta linealmente con el tiempo. Luego, el diodo se polariza inversamente y no fluye corriente a través del devanado secundario del transformador y la energía total se almacena en el capacitor que se usa en la salida.

Cuando el interruptor está en la posición de APAGADO, la energía se transfiere a la carga al cambiar la polaridad del devanado del transformador debido al campo magnético y el circuito rectificador comienza a rectificar el voltaje. Toda la energía del núcleo se transferirá para corregir la carga y el proceso continuará hasta que se agote la energía del núcleo o hasta que se encienda el interruptor.

Topología del convertidor flyback

La topología del convertidor flyback (fuente de alimentación conmutada) es un diseño SMPS adaptable, flexible y simple con buenas características de rendimiento que benefician a muchas aplicaciones.
Las características de rendimiento del convertidor flyback se muestran a continuación.

Flyback de topología
Flyback de topología

Las formas de onda anteriores muestran transiciones repentinas y corrientes de inversión en los devanados primario y secundario del transformador flyback. El voltaje de salida se controlará ajustando las acciones del ciclo de trabajo de encendido/apagado del devanado principal. Podemos aislar la entrada y la salida usando retroalimentación o usando un devanado adicional en el transformador.

Topología flyback SmPS

Los diagramas SMPS de la topología inversa se muestran a continuación.

El diseño SMPS requiere topología flyback menos no. Componentes para un rango de potencia específico en comparación con otras topologías SMPS. Puede funcionar para una fuente de CA o CC separada. Si la entrada proviene de una fuente de CA, el voltaje de salida se rectificaría por completo. Aquí MOSFET se usa como SMPS.

El funcionamiento de la topología inversora SMPS se basa completamente en la posición del interruptor, es decir, MOSFET.

Topología flyback SmPS
Topología flyback SmPS

Puede operar en modo continuo o discontinuo dependiendo de la posición del interruptor o FET. En el modelo de corte, la corriente en el devanado secundario se vuelve cero antes de que se active el interruptor. En modo continuo, la corriente en el secundario nunca llega a ser cero.

Cuando el interruptor está apagado, la energía almacenada en la inductancia de fuga del transformador fluye a través del devanado primario y es absorbida por el circuito de bloqueo de entrada o el circuito amortiguador. El papel del circuito amortiguador es proteger el interruptor de los altos voltajes inducidos. Habrá disipación de energía durante el encendido y apagado del interruptor.

Diseño del transformador Flyback SMPS

El diseño es transformador. flyback SMPS más popular que los diseños de fuentes de alimentación convencionales debido a su bajo costo, eficiencia y diseño simple. Aísla los devanados primario y secundario del transformador para múltiples entradas de datos y proporciona múltiples voltajes de salida, que pueden ser positivos o negativos.

A continuación se muestra el diseño básico del transformador inversor SMPS cuando el interruptor está encendido y apagado. También se utiliza como un convertidor de potencia discreto. El transformador flyback utilizado en el diseño incluye devanados primario y secundario, separados eléctricamente para evitar el acoplamiento transitorio, bucles de tierra y proporciona flexibilidad.

El interruptor del transformador está encendido.
El interruptor del transformador está encendido.

El uso del diseño de transformador flyback SMPS tiene una ventaja sobre el diseño de transformador tradicional. Aquí la corriente no fluye a través de los devanados primario y secundario al mismo tiempo porque la fase del devanado está invertida como se muestra en la figura anterior.

El interruptor del transformador está apagado.
El interruptor del transformador está apagado.

Almacena energía en forma de campo magnético en el devanado primario durante un tiempo y la transfiere al devanado primario. El voltaje de salida de carga máxima, los rangos de operación, los rangos de voltaje de entrada y salida, la capacidad de entrega de energía y las características del ciclo de retorno son los parámetros importantes en el diseño del transformador de retorno SMPS.

Aplicaciones

el es Aplicaciones del convertidor flyback es,

  • Se utiliza en televisores y ordenadores de bajo consumo hasta 250W
  • Se utiliza en fuentes de alimentación de respaldo en computadoras personales electrónicas (modo de interruptor de baja potencia)
  • Se utiliza en teléfonos móviles y cargadores de móviles.
  • Se utiliza en fuentes de alimentación de alto voltaje como televisores, tubos de rayos catódicos, láseres, linternas y dispositivos de copia, etc.
  • Se utiliza en múltiples fuentes de alimentación de entrada-salida.
  • Se utiliza en circuitos de accionamiento de puerta discretos.

Por lo tanto, se acabó descripción general del convertidor flyback - diseño, principio de funcionamiento, operación, topología, diseño de transformador flyback SMPS, topología, diseño de topología SMPS y aplicaciones. Aquí hay una pregunta para usted: "¿Cuáles son las ventajas del convertidor flyback?" "

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