Блоки живлення конвертера Flyback - Збірник InfoTip
1. Теорія та основні схеми
Основна схема
Конвертер Flyback відповідає всім вимогам до такої схеми. Характеризується малою кількістю компонентів і високим рівнем експлуатаційної надійності. На малюнку 1 представлена основна електрична схема a Конвертер Flyback. Біполярний або, в новіших схемах, транзистор Q з МОП-транзистором Q, який вмикається і вимикається за допомогою модульованої шириною імпульсу керуючої напруги, служить перемикачем. Трансформатор L діє як проміжний накопичувач енергії. Вторинний діод D передає енергію вторинному накопичувальному конденсатору CS.
Теорія функцій
Практичні аспекти
Зворотна напруга транзистора Q
Під час Фаза блокування Індукована у вторинній обмотці напруга U2 трансформується назад транзистором Q відповідно до коефіцієнта обмотки трансформатора. Там вона додається до первинної напруги UP. Напруга UDS над Q може зрости до понад 700 В (при напрузі мережі 230 В). Транзистор в Flyback-перетворювачі тому має бути a Зворотна напруга щонайменше 800 В. Теоретично Зворотна напруга все ще бути набагато вище. Оскільки в момент відключення t1b енергію від індуктивності витоку LS трансформатора не можна отримати через вторинну обмотку. Тому пік високої напруги додає UDS. Для того, щоб утримати цей пік напруги на прийнятному рівні, його потрібно перенаправити в рельєфну мережу (так звана схема снубера, рис. 3). Струм від індуктивності витоку LS подається в конденсатор CE через діод DE. Резистор RE розряджає CE на первинну напругу UP. В резисторі виникає кілька Вт втрат потужності.
Малюнок 3: Рельєфна мережа (снуберне коло)
Втрати потужності в транзисторі Q
У момент включення t1 UDS = UP. На Напруга мережі від 230 В це приблизно 320 В. Якби транзистор Q просто увімкнувся з крутим фронтом, струм через транзистор піднімався б необмежено довго і негайно руйнував транзистор. Отже, підйом керуючого струму від IG на базу або на затвор транзистора повинен затримуватися відповідними схемами. Це також забезпечує лінійне збільшення струму через трансформатор. Однак затримка також призводить до збільшення втрат потужності в транзисторі, оскільки він не відразу стає абсолютно низьким опором. Щось подібне доводиться враховувати при вимкненні транзистора. Надто швидко Замок транзистора запобігає Бар'єрні шари, що за Зворотна напруга транзистора може значно зменшити. Невеликі дроселі або феритові кульки на поточному шляху IDS затримують це Замок транзистора достатньо, що в свою чергу призводить до втрати потужності в транзисторі.
Властивості трансформатора L
Трансформатор в одному Блокуючий перетворювач (Трансформатор-трансформатор, трансформатор SM (комутований режим)) не є трансформатором у традиційному розумінні. Насправді це більше дросельний накопичувач із вторинною обмоткою. Особливістю є те, що в провідній фазі транзистора ("пряма фаза") енергія накопичується в трансформаторі, а це в Фаза блокування ("Фаза повернення") відпускається на вторинну сторону. Магнітна енергія зберігається у повітряному зазорі трансформатора. Повітряний зазор також лінеаризує магнітний потік в серцевині, що позитивно впливає на лінійну керуючу поведінку Блок живлення впливає під час зміни навантаження. Ця незвичайна конструкція трансформатора необхідна для того, щоб поєднати електромагнітні властивості дроселя та необхідну гальванічну розв'язку трансформатора.
Регулювання та синхронізація
Споживання енергії на вихідних відео- та аудіокаскадах постійно змінюється, оскільки зміст зображення та гучність звуку змінюються за допомогою мовлення або музики. Звичайно, це впливає на зміну навантаження блок живлення назовні Якщо навантаження збільшується (Малюнок 3, RL) на рейці з робочою напругою, відповідна напруга (США) зменшується. Замкнутий контур управління стабілізує вихідні напруги a Блок живлення. У стандартних контурах управління на первинній стороні можна регулювати лише одну робочу напругу. Для цього використовується або "найчутливіша", або найвища вторинна робоча напруга. Завдяки зчепленню вторинних обмоток між собою, всі інші робочі напруги автоматично стабілізуються відповідно до ступеня зчеплення.
Як зазначено вище, це створює Замок транзистора велика частина інтерференційного випромінювання Блок живлення. Це може стати помітним у вигляді нитки перлів або подібних порушень на малюнку. Простий фокус, щоб уникнути цього, полягає в синхронізації часу вимкнення транзистора з горизонтальним імпульсом віддачі. Під час горизонтального повернення зображення затемнюється, а порушення просто не видно. Синхронізація здійснюється регулюванням генератора в модуляторі широти імпульсу.
Широтно-імпульсний модулятор
Контроль над ім блок живлення Таким чином, кількість енергії, що транспортується, може бути отримана дуже легко за допомогою коефіцієнта імпульсного коефіцієнта сигналу керування ШІМ UC.
Блокуючий перетворювач-Блоки живлення працюють незалежно від навантаження на одній частоті (схема сигналу на рисунку 5: t1 = t2 = t3). RC-генератор з частотно-визначальними компонентами RG і CG генерує пилкоподібну напругу фіксованої амплітуди з аналогічно фіксованою напругою зміщення постійного струму. Ця пилкоподібна напруга є несучою частотою ШІМ. Модулятор складається з компаратора. Напруга модуляції UE 'є напругою UE з помилкою з вторинної сторони, обробленої в підсилювачі помилок Блок живлення. Порівняльник вимірює час збігу UE 'і пилоподібного зуба. Чим довший збіг, тим довша позитивна частина ШІМ.
Рисунок 5: Принцип роботи модулятора ширини імпульсу
Оскільки розряд трансформатора (= час закінчення провідності вторинного діода) дорівнює часу зарядки (= час закінчення провідності комутаційного транзистора Q), коефіцієнт імпульсного коефіцієнта ШІМ ніколи не повинен перевищувати 50% в позитивній частині. Опорна напруга на підсилювачі помилок забезпечує зміщення напруги постійного струму UE ', так що пилоподібний ніколи не може зануритися занадто глибоко в UE' навіть при повному навантаженні, коли UE 'стає дуже низьким.
Інші екстремальні ситуації в Блок живлення, такі як пуск, коли UE ще не доступний, або при роботі з низьким навантаженням, коли час вмикання транзистора Q надзвичайно короткий, повинен бути виявлений і обійдений додатковою проводкою.
2. Впровадження принципу зворотного перетворювача
Схема, представлена тут, працює в струмі Блоки живлення використовується для 32-дюймових РК-телевізорів. Вихідна напруга 12 В використовується лише для живлення рівнів сигналу. 12 В блок живлення повинен подавати до 50 Вт потужності. Коли пристрій перебуває в режимі очікування, індикатор блок живлення лише мікроконтролер та інфрачервоний приймач пульта дистанційного керування.
Схема 12В зворотного живлення для РК-телевізора
Ядро Джерело живлення 12 В - це інтегральна схема TOP246Y (IC01) у 7-контактному корпусі TO220 (контакт 6 не використовується). З цим ІС є Блок живлення перетворювача Flyback з кількома десятками ват потужності (макс. 90-125 Вт) лише з кількома зовнішніми компонентами. Вихідний транзистор MOSFET з його логікою управління, генератором і каскадом управління інтегрований в мікросхему.
Джерело живлення 12 В має два режими роботи і управляється вторинно. Він генерує дві робочі напруги. На вторинній стороні це + 12 В, на первинній стороні - це допоміжна напруга UAUX. Робоча напруга 5 В отримується від + 12 В з перетворювачем вниз (тут не показано).
Після увімкнення пристрій завжди запускається в режимі очікування. Чи залишиться пристрій у режимі очікування, чи перейде в повну роботу, залежить від навантаження на вторинну сторону.
Малюнок 6: Схема живлення 12 В
Пуск та регулювання
Переключення між режимами повного та низького навантаження (режим очікування)
Частота перемикання Блок живлення закріплені в СК. Якщо контакт 5 (FREQ) і контакт 4 (SOURCE) підключені один до одного, частота перемикання становить 132 кГц. У цьому блок живлення Штифт 5 (FREQ) і Пін 1 (CONTROL) з'єднані між собою. Частота перемикання в повному режимі роботи встановлена на рівні 66 кГц. Якщо навантаження падає, керуючі імпульси для комутаційного транзистора стають все коротшими і коротшими. При робочому циклі менше 10% ІС переходить у режим низького навантаження, а зменшення частоти легкого навантаження зменшує частоту перемикання лінійно до 30 кГц або 15 кГц. У звичайному режимі очікування цього шасі частота перемикання становить приблизно 21 кГц.
Захисні функції в TOP246
Внутрішня схема захисту від перенапруги по циклу порівнює напругу стоку провідного комутаційного транзистора з напругою джерела. Якщо напруга джерела піднімається вище порогового значення, встановленого на виводі 3, коли струм високий, комутаційний транзистор передчасно блокується.
Робоча напруга Блок живлення під наглядом. Вимірюється струм через R03 і R04. Збільшує Напруга мережі увімкнено (наприклад, через помилку управління в перетворювачі PFC), струм на виводі 2 (сенс лінії) також збільшується. При 2,5 В) вхідна напруга, тим нижча вихідна (катодна) напруга. Якщо вхідна напруга опускається нижче 2,5 В, вихідна напруга збільшується. Ця зміна напруги генерує модуляцію струму в світлодіоді оптрона (IC03). R10 обмежує струм тут. Комбінація RC R08/C08 визначає управляючі властивості каскаду. Оптопар IC03 передає інформацію управління на первинній стороні на контакт 1 IC01. Час включення (t on) внутрішнього комутаційного транзистора (і, отже, від блок живлення кількість переданої енергії) можна контролювати.
Захист від перенапруги
Все в Джерело живлення 12 В генеруються робочі напруги контролюються на предмет перенапруги. Якщо первинна допоміжна напруга UAUX піднімається до понад 6 В через помилку управління, стабілітрон ZD01 обривається і створює коротке замикання на штифті 1. Контроль низької напруги на штифті 1 негайно вимикає TOP246.
Якщо одна з вторинних робочих напруг Джерело живлення 12 В чи інший Блок живлення занадто сильно піднімається, відповідне порогове значення Z-діода (ZD02/ZD03/ZD04) проривається і подає струм на світлодіод оптопари IC04. Фототранзистор стає низькоомним і запалює тиристор D05. Як і раніше, висновок 1 Top246 замикається на землю, а моніторинг низької напруги на виводі 1 вимикає мікросхему.
Висновок
Конвертер Flyback У класичній базовій схемі, з ефективністю всього 80%, вони вже не є сучасними для використання в діапазоні потужностей понад декілька 10 Вт. У струмових ланцюгах він використовується лише в цій версії Блоки живлення з низьким енергоспоживанням або резервного живлення. Принцип зворотного перетворювача проте сам по собі є дуже потужним і гнучким і отримав подальший розвиток у десятках сучасних варіантів.
КРЕДИТЕЛІ
Веб-посилання
Юридичне повідомлення
Оскільки на цій сторінці згадуються терміни, що охороняються торговою маркою, захищені (текстові та/або іміджеві) бренди або назви захищених продуктів, ми прямо вказуємо, що ці бренди, назви та терміни згадуються тут виключно для редакційного опису або ідентифікації названі товари та/або виробники або описані технології.
Всі права на захищені назви торгових марок та/або товарів, зазначені у цьому компендіумі, є власністю їх відповідних власників і цим прямо визнаються. Усі торгові марки та торгові марки, зазначені в наших статтях і, можливо, захищені третіми сторонами, підпадають без обмежень до норм чинного законодавства про торговельні марки та права власності відповідного зареєстрованого власника.
Присвоєння назв найменувань продуктів, продуктів та/або відповідного виробника виробів носить лише інформаційний характер і не є рекламою. InfoTip не несе жодної відповідальності щодо вибору, продуктивності чи зручності використання цих продуктів.
Якщо права третіх осіб будуть порушені проти нашого наміру, ми просимо повідомити про це безкоштовно.