Qué es un transformador flyback: funcionamiento y aplicaciones

El transformador flyback es una clase especial de la familia de los transformadores. Básicamente, es un transformador elevador, pero con un enorme potencial de aumento de tensión. En comparación con los transformadores de potencia, es compacto y móvil. Una de las aplicaciones más comunes de los transformadores flyback es en los televisores de tubo CRT, donde se requiere una tensión muy alta en el tubo de imagen. Para una entrada de 230 V, un transformador flyback puede alcanzar una salida de hasta 20.000 V. Este es el potencial de los transformadores flyback. También puede funcionar con una tensión baja, como 12 V o 5 V. Los aspectos constructivos son diferentes a los de un transformador normal. Las primeras aplicaciones del transformador flyback comenzaron con el control del movimiento horizontal del haz de electrones en un tubo de rayos catódicos. Con el advenimiento de la tecnología y los dispositivos, ahora el transformador flyback también puede alimentarse con un impulso de corriente continua con la ayuda de un circuito rectificador formado por dispositivos electrónicos como los MOSFET.

¿Qué es un transformador flyback?

Definición: Un transformador flyback puede definirse como un dispositivo de conversión de energía que transfiere energía de una parte del circuito a otra a potencia constante. En un transformador flyback, la tensión se incrementa hasta un valor muy alto en función de la aplicación. También se llama transformador de salida de línea, ya que la tensión de salida de línea se envía a la otra parte del circuito. Con la ayuda del circuito rectificador, el devanado primario del transformador puede ser accionado por un circuito de corriente continua.

Diseño

Al igual que un transformador convencional, un transformador flyback difiere en su diseño y aplicación. En un transformador convencional, el primario debe recibir una tensión alterna que aumenta o disminuye en función del número de espiras. La tensión de salida del transformador convencional es limitada, pero puede utilizarse para diversas aplicaciones.

En un transformador flyback, el devanado primario no tiene que ser excitado por una tensión alterna, sino que también puede ser excitado por un impulso de corriente continua. La entrada de impulsos de CC puede ser de baja potencia, como 5 V o 12 V, que también puede obtenerse de un generador de funciones. La tensión continua se convierte en impulsos de corriente continua con un circuito rectificador. La tensión de salida de un transformador convencional es una tensión alterna pura.

Sin embargo, en el caso del transformador flyback, es el arco formado el que tiene una tensión muy alta. Esta tensión de salida no puede transmitirse a grandes distancias, sino que sólo puede utilizarse para aplicaciones específicas, como los tubos SMPS o CRT. El núcleo del transformador flyback es similar al del transformador convencional, pero de tamaño compacto.

¿Por qué se llama transformador flyback?

El nombre de flyback se acuñó debido a la aplicación de los transformadores flyback en el tubo CRT. Un transformador flyback puede excitarse con una tensión muy baja. Cuando el devanado primario del transformador se excita con una tensión baja en forma de diente de sierra, debido a la naturaleza de la forma de onda en forma de diente de sierra, se excita y desexcita rápidamente. Por ello, el haz de luz del TRC vuela de derecha a izquierda. Debido a esta propiedad particular que se consigue con el funcionamiento del transformador, se acuñó el nombre de transformador flyback.

Circuito del transformador flyback

A continuación se muestra el esquema del circuito del transformador flyback. Como se muestra, L1 y L2 son las vueltas del bobinado. En general, en los transformadores flyback L2 es mucho mayor que L1, porque en la práctica es un transformador elevador. El condensador del lado de la entrada se utiliza para mantener constante la tensión. El interruptor SW se utiliza para rectificar la tensión de entrada.

El diodo D se utiliza para mantener el flujo unidireccional de la corriente secundaria. El condensador del lado secundario se utiliza para mantener constante la tensión de salida. Vin es la tensión de entrada y Vout es la tensión de salida. La convención de puntos mostrada en el circuito implica la inductancia equivalente aditiva en serie para el núcleo global del transformador.

Transformador de arco voltaico

La tensión de salida del transformador es alta, hasta 10-20 kV. La alta tensión no es de naturaleza sinusoidal, sino que tiene la forma de un arco. El arco se forma en el aire cuando dos cuerpos altamente conductores se colocan cerca. El aire interpuesto se ioniza y se forma el arco. El concepto es el mismo cada vez que se acciona un interruptor, un aislador o se produce el fenómeno de la corona.

Devanado del transformador flyback

Para obtener una tensión muy alta en el lado secundario, las bobinas secundarias son muy grandes en comparación con las primarias. Los bobinados suelen ser de cobre. Como en un transformador convencional, los devanados están adecuadamente aislados entre sí. La mica se utiliza generalmente para el aislamiento. En algunas aplicaciones, como los SMPS y los convertidores, también se utiliza el aislamiento de papel. A diferencia de un transformador convencional, no se utiliza aceite para el aislamiento o la unión. Los devanados suelen ser más pequeños, lo que mejora la pérdida y la eficiencia del devanado.

¿Cómo probar un transformador flyback?

Este transformador se puede probar de varias maneras. Para comprobar si hay un fallo en el devanado, se utiliza un comprobador de transformadores de potencial accionado por la línea. En el caso de un bobinado abierto, el comprobador indicará una impedancia muy alta en el lado del bobinado, mientras que en el caso de un cortocircuito, la impedancia será relativamente baja.

Esto es una indicación de fallos en el bobinado. En los comprobadores más recientes, una pantalla gráfica también indica el estado del bobinado. En el caso de los fallos de los condensadores, se trata de una operación ruidosa. En el monitor aparecerá un ruido parecido al de un tic-tac. Esto ocurre cuando se abre un condensador. En caso de cortocircuito del condensador, la pantalla estará en blanco. La pantalla mostrará un parpadeo de encendido. En estos casos, hay que sustituir el condensador.

Otros problemas comunes de los transformadores son el cortocircuito de los devanados, la rotura del núcleo, el arco externo a tierra, etc. Todos estos problemas se pueden comprobar con un comprobador de líneas. También se puede utilizar un multímetro común para comprobar la continuidad del circuito y medir la tensión en cada punto.

Funcionamiento del transformador flyback

El principio de funcionamiento del transformador flyback es el mismo que el del transformador convencional, excepto en los aspectos de diseño. Como se muestra en el diagrama del circuito, cuando el devanado primario del transformador se excita con una forma de onda de diente de sierra de baja tensión.

Como se muestra en las formas de onda, cuando se excita el devanado primario, la inductancia primaria desarrolla una corriente de rampa como se muestra en el diagrama. Cuando la corriente de rampa alcanza su valor máximo, la forma de onda flyback desarrolla un alto potencial. Que se induce en el lado secundario. El diodo del lado secundario impide que la rampa se ejecute en el lado opuesto.

La corriente del lado secundario sigue una rampa descendente, en el momento en que la tensión alcanza un punto de inflexión. En este punto, se obtiene una alta tensión en el lado secundario. Pero como no puede ser de naturaleza alterna, sigue una estructura de arco de potencial muy alto que dirige el haz de electrones en una dirección determinada. En aplicaciones como el SPMS, el segundo potencial es menor, pero el principio de conversión es convertir la corriente alterna secundaria en modo conmutado. Según la naturaleza de la forma de onda, el funcionamiento puede clasificarse como continuo o discontinuo.

La estructura de un transformador flyback comprende un devanado primario, un devanado secundario y un núcleo. Si se excita con una alimentación de corriente continua, también consta de una unidad rectificadora. Generalmente, las vueltas del devanado primario son menores que las del secundario. Los bobinados son de cobre y están aislados entre sí. Las técnicas de bobinado son las mismas que las del transformador convencional.

Los devanados se colocan por encima del núcleo formando una serie de circuitos magnéticos. Esto permite que el transformador soporte una mayor tensión con especificaciones de baja potencia. La pata del núcleo es de igual tamaño en ambos lados y el bobinado está rodeado por el núcleo. El circuito magnético es de naturaleza aditiva.

Aplicaciones

El aplicaciones de los transformadores flyback incluyen lo siguiente.

• Tubo CRT
• SPMS
• Tecnologías de alimentación DC-DC
• Carga de la batería
• Telecom
• Aplicaciones solares

Por lo tanto, estos son una visión general del transformador flyback. Hemos visto el principio de funcionamiento y las propiedades del transformador flyback. Gracias a la llegada de la tecnología, este transformador ha encontrado enormes aplicaciones, especialmente en el sector de las energías renovables. Un aspecto interesante es el estudio de la tensión secundaria del transformador flyback, que tiene un enorme potencial y puede utilizarse para cargar baterías con una baja constante de tiempo. El condensador del devanado secundario puede modificarse para conseguirlo.