Sperrwandler

Quelle: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.

Ein Flyback Converter ist ein Buck-Boost-Konverter, der sowohl buck und steigern kann. Es hat eine galvanische Trennung zwischen dem Eingang und der Ausgang mit einem gekoppelten Induktor oder ein "Flyback Transformator." Diese gekoppelten Induktor ermöglicht ein Kurven-Verhältnis, das bietet sowohl Spannung step-up und Step-Down-Funktion, wie in einem normalen Transformator aber mit Energiespeicher mit der Luftspalt der gekoppelten Induktor.

Das Ziel dieses Experiments ist, unterschiedliche Eigenschaften eines Flyback Konverter zu studieren. Dieser Konverter funktioniert wie ein Buck-Boost-Konverter aber hat galvanische Trennung durch einen gekoppelten Induktor. Open-Loop Betrieb mit einer manuell-Set Tastverhältnis wird verwendet. Eine Annäherung an die Input-Output-Beziehung wird beobachtet.

Um den Flyback Konverter besser zu verstehen, muss man zunächst einen Buck-Boost-Konverter verstehen. Der Flyback-Wandlerschaltung kann dann aus der Buck-Boost-Konverter abgeleitet werden.

Der Buck-Boost-Konverter, wie der Name schon sagt, können entweder einem Step-up oder Step-down eine Gleichspannung input für höhere oder niedrigere Spannung, bzw.. Um einen Buck-Boost Wandlerschaltung abzuleiten, ein Bock und Boost-Konverter kaskadiert werden, wie in Abb. 1 (a) dargestellt. Eine aktuelle Quelle/Senke dient als die Last für die Buck-Konverters und Input, Hochsetzsteller, verursacht die Hochsetzsteller umgedreht werden, um die Polarität der Eingangsspannung zu erhalten. Buck-Boost-Konverter haben also eine umgekehrte Ausgang Spannung Polarität.

Wie in Abb. 1 (b) gesehen werden kann, kann die aktuelle Quelle/Senke mit einem großen Induktivität ersetzt werden, die als aktuelle Quelle oder Senke fungiert. "C1" ist jedoch nicht mehr erforderlich, da die mittlere Spannung über "L3" keine sehr kleine Brummspannung haben. Schalter 2 wird auch nicht mehr benötigt, da es verursachen einen Kurzschluss über "L2" und "L3." Die Schaltung ist so aktualisiert, wie in Fig. 1 (c) dargestellt.

Auch Diode 1 wurde in der Buck-Konverter verwendet, um einen aktuellen Pfad für die Induktivität "L1" angeben, aber "L1" und "L2" kann entfernt werden, da eine reibungslose Strömung in der Zwischenstufe nicht mehr benötigt wird. Diode 1 kann somit auch entfernt werden, wie in Abb. 1 (d) und (e) dargestellt. Der Unterseite Diode 2 können in der Oberseite verschoben oder links an der Unterseite, wie in Abb. 1 (e) ist die gängigste Implementierung der Buck-Boost-Konverter-Schaltung.

Abbildung 1. Ableitung einer Buck-Boost-Konverter-Schaltung von kaskadierten Buck und Boost-Konverter

Der Flyback Konverter geht einen Schritt weiter als die Buck-Boost-Konverter durch eine galvanische Trennung zwischen Eingangs- und Spannungen. Dies ist in vielen Power-Supply-Anwendungen erwünscht wo Gelände an der Quelle und Last getrennt werden müssen. In der Regel werden Flyback Konverter Bewertungen bis zu 200 w. In Abb. 2 dargestellte Schaltplan zeigt wie ein Flyback Converter einen Buck-Boost-Konverter abgeleitet ist.

Wenn der Schalter in einem Buck-Boost-Konverter aktiviert ist, ist die Diode reverse voreingenommen und Energie wird in die Induktivität gespeichert. Wenn der Schalter ausgeschaltet ist, kann Induktor entweder Energie aus dem Kondensator aufnehmen, sobald die Diode leuchtet, oder kann den Kondensator liefern und laden mit Energie. Dadurch wird der step-up und Step-Down-Flexibilität. Jedoch kann die Induktivität mit einem gekoppelten Induktor oder Flyback Transformator zu galvanische Trennung mit der Output-Seite wie in Abb. 2 (b) ersetzt werden. Der Schalter auf der Oberseite erfordert eine hohe Seitentor Treiberschaltung, die ist aufwendiger und erfordert mehr Komponenten als ein Low-Side-Schaltung. Daher kann der Schalter einfach verschoben werden, so, dass man seine Terminals geerdet ist und es daher einen einfache Low-Side-Gate-Treiber erfordert wie in Fig. 2 (c) dargestellt. Um die Eingangs- und Ausgangsspannung Polaritäten auf der gleichen Seite zu haben, ist die Ausgabe-Diode zusammen mit dem Transformator Polarität umgekehrt. Der endgültige Flyback Konverter ist in Abb. 2 (d) dargestellt.

Abbildung 2. Ableitung einer Flyback Konverter Schaltung aus einer Buck-Boost-Konverter-Schaltung

Achtung: Dieses Experiment soll die Ausgangsspannung kleiner als 50V DC zu begrenzen. Verwenden Sie nur Pflicht-Verhältnisse, Frequenzen, Eingangsspannung oder Lasten, die hier gegeben werden.

Dieses Experiment wird die DC-DC Konverter Verpflegung HiRel Systeme nutzen. http://www.hirelsystems.com/Shop/Power-Pole-Board.HTML

Informationen über den Vorstand Betrieb finden Sie in diesem Video Sammlungen "Introduction to HiRel Board."

Das hier gezeigte Verfahren gilt für jede einfache Flyback Konverter-Schaltung, die auf Proto-Boards, Frühstück Bretter oder Leiterplatten aufgebaut werden kann.

(1) Board-Setup:

1. ±12 Signal anschließen an der Buchse "DIN" aber halten "S90" aus.
2. Stellen Sie sicher, dass die PWM-Steuerung-Selektor auf die offene Regelkreis-steht.
3. Set der Gleichstromversorgung mit 16 V. halten seinen Ausgang getrennt vom Brett für jetzt.
4. Vor dem Anschließen des Last Widerstands, passen Sie an, um 10 Ω.
5. Bauen Sie die Schaltung in Abb. 3 gezeigt, indem die untere MOSFET und Flyback Magnettafel.
   1. Beachten Sie, dass die Umdrehungen Verhältnis N1/n₂= 2.
6. Schließen Sie "R-_L" auf "V2 +" und "Com"
   1. NIE trennen die Last während des Experiments als Boost-Konverter kann instabil werden und verursachen Schäden an den Vorstand.
7. Sicherstellen der Schalter Array für MOSFET Auswahl (geringere MOSGET), PWM-Auswahl und anderen Einstellungen richtig, eine funktionale Abb. 3 zu erreichen sind.

Abbildung 3 . Flyback Wandlerschaltung

2. Einstellen der Einschaltdauer und Schalthäufigkeit

1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über die Gate-Source der unteren MOSFETs.
2. Schalten Sie "S90." Der Anwendungsbereich sollte ein Schaltsignal angezeigt.
   1. Passen Sie die Signal-Zeit-Achse um zwei oder drei Punkte zu sehen.
   2. Stellen Sie die Frequenz Potentiometer um eine Frequenz von 100 kHz (Periode von 10 µs) zu erreichen.
3. Passen Sie das Dienst Verhältnis Potentiometer um eine 50 % Tastverhältnis (auf Zeit von 5 µs) zu erreichen.

(3) Flyback Converter für Variable Eingabe testen

1. Schließen Sie die Eingabe DC-Stromversorgung, die bereits mit 16 V, "V1 +" und "Com" eingestellt
2. Schließen Sie eine regelmäßige Sonde zur Messung der Eingangsstrom bei "CS1." Stellen Sie sicher, dass der Boden-Anschluss für "Com"
   1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über die Last.
   2. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten, Eingang Spitzenstrom und Eingabe aktuelle bedeuten.
   3. Erfassen der Eingangsstrom und Spannung Lesungen auf dem DC-Netzteil.
3. Passen Sie die Eingangsspannung 11 V, 13 V und 15 V.
   1. Wiederholen Sie die oben genannten Schritte für jede dieser Spannungen.
4. Trennen Sie den Eingang DC liefern und passen Sie die Leistung auf 16 V.

(4) Flyback Converter für Variable Einschaltverhältnis testen

1. Verbinden Sie eine regelmäßige Sonde über das Tor zur Quelle des unteren MOSFET.
2. Verbinden Sie die Differenzialfühler über die Last.
3. Schließen Sie den DC-Eingangsspannung "V1 +" und "Com"
4. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten und Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung (auch das Tastverhältnis).
   1. Erfassen der Eingangsstrom und Spannung Lesungen auf dem DC-Netzteil.
5. Passen Sie das Einschaltverhältnis um 10 %, 25 % und 40 %. Wiederholen Sie die oben genannten Schritte für jede dieser drei Pflicht-Verhältnisse.
6. Setzen Sie das Einschaltverhältnis auf 50 %.
7. Trennen Sie den DC-Eingangsspannung.

(5) Flyback Converter testen für Variable Taktfrequenz

1. Schließen Sie eine regelmäßige Fühler an "CS1", der Eingangsstrom zu messen.
2. Verbinden Sie die Differenzialfühler über die Last.
3. Beobachten Sie auf dem zweiten Oszilloskop die Gate-Source-Spannung mit einer regelmäßigen Sonde, die Schaltfrequenz nach Bedarf anpassen.
4. Schließen Sie den DC-Eingangsspannung "V1 +" und "Com"
5. Passen Sie die Schaltfrequenz bis 70 kHz.
6. Erfassen Sie die Wellenformen aus dem ersten Bereich und Messen Sie die Eingabe Spitzenstrom und Ausgang Spannung bedeuten.
   1. Nehmen Sie die Frequenz und Pflicht-Verhältnis aus dem zweiten Bereich auf, sondern erfassen Sie nicht die Wellenform.
   2. Aufzeichnung der Eingangsstrom und lesen auf die DC Spannung liefern.
7. Passen Sie die Schaltfrequenz bis 50 kHz, 30 kHz und 10 kHz (oder mindestens möglich 10 kHz erreichbar).
   1. Wiederholen Sie die obigen Schritte für alle diese drei Schaltfrequenzen.
8. Schalten Sie den DC-Eingangsspannung und "S90", und dann zerlegen Sie die Schaltung zu.

Flyback Converter sind isoliert Buck-Boost-Konverter, die step-down der Eingangsspannung oder verstärken können. Das Kurven-Verhältnis von den Flyback gekoppelt Induktor oder Transformator Aids in die Vertiefung nach oben oder unten Prozess. Angesichts der Tatsache, dass die Schaltfrequenz hoch ist, wird die Flyback Transformator Größe ist klein und Ferritkerne verwendet. Wenn die Eingangsspannung V_in und die Ausgangsspannung V_,, ist V_{, /}V_in(N2/n₁) = D / (1-D) wenn der Konverter in kontinuierlichen Wärmeleitung-Modus betrieben wird , wo 0≤D≤100 %. In der Regel Flyback Konverter nicht über 50 % Einschaltdauer weiterhin Energiebilanz im Flyback Transformator betrieben werden.

Wie in den V_{, /}V_inBeziehung, D und 1/(1-D) werden multipliziert und zeigen die Buck und Boost Fähigkeiten während der N2/n₁ Begriff zeigt die Wirkung des Transformators Umdrehungen Verhältnis. Zu den wichtigsten Faktoren im Design und Bau eines Flyback Konverters sind (1) der magnetisierenden Induktivität L_m Flyback Transformator und (2) der integrierten Schaltung über den Transformator Eingangsseite.

Flyback Konverter dienen in der Regel in isolierten Stromversorgungen, wo die Output-Seite galvanischen Trennung von der Eingangsseite haben sollte. Dies ist häufig bei fahren Highsider Leistungshalbleiter wie MOSFETs und IGBTs dessen Tor Antrieb Schaltungen isolierte DC Netzteile erfordern. Flyback-Wandler sind in der Regel bei hohen Schaltfrequenzen höher als 100 kHz betrieben und haben Nennleistungen in der Regel nicht mehr als 200 W.