Convertidor de retroceso

Fuente: Ali Bazzi, Departamento de ingeniería eléctrica, Universidad de Connecticut, Storrs, CT.

Un convertidor flyback es un convertidor buck-boost, que puede tanto del dólar e impulsar. Tiene aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida mediante un inductor acoplado o un "transformador flyback". Este inductor acoplado permite una relación que proporciona tanto capacidad elevador y reductor de tensión, como en un transformador normal pero con almacenamiento de energía mediante el entrehierro del inductor acoplado.

El objetivo de este experimento es estudiar las diferentes características de un convertidor flyback. Este convertidor funciona como un convertidor buck-boost pero tiene aislamiento eléctrico a través de un inductor acoplado. Se utilizará la operación de bucle abierto con una relación de deber conjunto manualmente. Se observará una aproximación de la relación insumo-producto.

Para entender mejor el convertidor flyback, en primer lugar, hay que entender un convertidor buck-boost. El circuito del convertidor flyback se puede luego derivar el convertidor buck-boost.

El convertidor buck-boost, como su nombre lo indica, pueden o Step-up o descender una tensión DC entrada a mayor o menor voltaje, respectivamente. Para derivar un circuito convertidor buck-boost, un convertidor buck y boost son en cascada como se muestra en la figura 1 (a). Un fuente/sumidero actual se utiliza como carga para el convertidor buck y la entrada al convertidor boost, causando el convertidor al dar la vuelta para mantener la polaridad de la tensión de entrada. Convertidores del buck-boost por lo tanto tienen una polaridad del voltaje de salida invertida.

Como puede verse en la figura 1 (b), la actual fuente/sumidero puede reemplazarse con un inductor grande que actúa como una fuente de corriente o un lavabo. Sin embargo, ya no es necesario "C1", como el voltaje intermedio en "L3" no tiene que tener una tensión muy pequeña ondulación. También conmutador 2 ya no es necesario ya que puede provocar un cortocircuito a través de "L2" y "L3". Así se actualiza el circuito como se muestra en Fig. 1 (c).

También, 1 diodo fue utilizado en el convertidor buck para proporcionar un camino de corriente por el inductor "L1" y "L1" y "L2" pueden eliminarse ya que no es necesaria una corriente suave en la etapa intermedia. Diodo 1 puede también retirarse, como se muestra en la figura 1 (d) y (e). La parte inferior diodo 2 puede se trasladó a la parte superior o a la izquierda en la parte inferior, como se muestra en la figura 1 (e) que es la implementación más común de circuito de convertidor buck-boost.

Figura 1. Derivación de un circuito de convertidor buck-boost de convertidores buck y boost en cascada

El convertidor flyback va un paso más allá que el convertidor buck-boost al proporcionar aislamiento eléctrico entre los voltajes de entrada y salidos. Esto se desea en muchas aplicaciones de suministro de energía donde terrenos a los lados de la fuente y la carga deban ser separado. Normalmente, se utilizan convertidores flyback en rangos de hasta 200 w. El esquema que se muestra en la figura 2 ilustra cómo un convertidor flyback se deriva de un convertidor buck-boost.

Cuando el interruptor está encendido en un convertidor buck-boost, el diodo es reverse sesgada y energía se almacena en el inductor. Cuando el interruptor está apagado, el inductor puede absorber la energía del condensador una vez que el diodo está encendido, o puede suministrar el condensador y la carga con la energía. Esto proporciona la flexibilidad del reductor y elevador. Sin embargo, el inductor puede sustituirse con un inductor acoplado o flyback transformador para proporcionar aislamiento eléctrico con el lado de salida como se muestra en la figura 2 (b). El interruptor está en la parte superior requiere un circuito de controlador de puerta del lado de alta, que es más elaborada y requiere más componentes de un circuito del lado de baja presión. Por lo tanto, el interruptor puede simplemente mover uno de sus terminales conectada a tierra y por lo tanto requiere un controlador simple de lado bajo la puerta como se muestra en Fig. 2 (c). Para que las polaridades del voltaje de entrada y salida en el mismo lado, se invierte el diodo de salida junto con la polaridad del transformador. El convertidor flyback final se muestra en la figura 2 (d).

Figura 2. Derivación de un circuito de convertidor flyback de un circuito de convertidor buck-boost

Atención: Este experimento está diseñado para limitar la tensión de salida para ser menos de 50V DC. Sólo uso deber proporciones, frecuencias, voltaje de entrada o cargas que se dan aquí.

Este experimento utilizará el tablero de convertidor DC-DC proporcionado por sistemas de HiRel. http://www.hirelsystems.com/shop/Power-pole-Board.html

Información sobre el funcionamiento de la Junta se puede encontrar en este video de colecciones "Introducción a la Junta de HiRel".

El procedimiento mostrado aquí se aplica a cualquier circuito de convertidor flyback simple que puede ser construido en proto boards, tablas de pan o placas de circuito impreso.

1. configuración de Junta Directiva:

1. Conecte la fuente de señal de ±12 en el conector "DIN" pero tener "S90" OFF.
2. Asegúrese que el selector de control PWM está en la posición de lazo abierto.
3. Ajuste la fuente de alimentación de C.C. 16 V. Mantenga su salida desconectada de la placa por ahora.
4. Antes de conectar la resistencia de carga, ajuste a 10 Ω.
5. Construya el circuito mostrado en la figura 3 utilizando el tablero magnético MOSFET y tiempo de retorno más baja.
   1. Tenga en cuenta que las vueltas relación N₁/N₂= 2.
6. Conectar "R_L" a través "V2 +" y "COM."
   1. Nunca desconecte la carga durante el experimento como el convertidor puede volverse inestable y causar daños a la Junta.
7. Asegúrese de que la matriz de interruptor para selección de MOSFET (MOSGET inferior), selección de PWM y otras configuraciones son correctas lograr un funcional Fig. 3.

Figura 3 . Circuito de convertidor Flyback

2. ajustar la relación de trabajo y frecuencia de conmutación

1. Conecte la sonda diferencial a través de la puerta-fuente del MOSFET inferior.
2. Encienda "S90." Una señal de conexión aparecerá la pantalla alcance.
   1. Ajuste el eje de tiempo de señal para ver dos o tres períodos.
   2. Ajuste el potenciómetro de frecuencia para alcanzar una frecuencia de 100 kHz (período de 10 μs).
3. Ajuste el potenciómetro de relación de trabajo para lograr una relación de deber del 50% (en vez de 5 μs).

3. convertidor Flyback prueba de entrada Variable

1. Conecte la entrada fuente de alimentación, que ya está establecida en 16 V, "V1 +" y "COM."
2. Conectar una punta de prueba regular para medir la corriente de entrada en "CS1". Asegúrese de que el conector de tierra está conectado a "COM."
   1. Conecte la sonda diferencial a través de la carga.
   2. Capturar las formas de onda y medir la salida tensión media, picos de corriente de entrada y entrada media actual.
   3. Apunte la corriente de entrada y las lecturas de voltaje en la fuente de alimentación.
3. Ajustar la tensión de entrada a 11 V, 13 V y 15 V.
   1. Repita los pasos anteriores para cada uno de estos voltajes.
4. Desconecte la entrada DC de la fuente y ajustar su producción a 16 V.

4. Flyback Converter para derecho Variable relación

1. Conecte una sonda de regular a través de la puerta a la fuente del MOSFET inferior.
2. Conecte la sonda diferencial a través de la carga.
3. Conecte la entrada fuente de DC "V1 +" y "COM."
4. Capturar las formas de onda y medir la salida tensión media y en vez de la tensión compuerta a fuente (también la relación de deber).
   1. Apunte la corriente de entrada y las lecturas de voltaje en la fuente de alimentación.
5. Ajustar la relación de trabajo al 10%, 25% y 40%. Repita los pasos anteriores para cada uno de estos cocientes de tres derechos.
6. Restablecer la relación de trabajo al 50%.
7. Desconecte la fuente de entrada.

5. convertidor Flyback prueba para la Variable frecuencia de conmutación

1. Conecte una sonda regular en "CS1" para medir la corriente de entrada.
2. Conecte la sonda diferencial a través de la carga.
3. En el segundo osciloscopio, observar el voltaje de compuerta a la fuente con una sonda normal para ajustar la frecuencia de conmutación según sea necesario.
4. Conecte la entrada fuente de DC "V1 +" y "COM."
5. Ajustar la frecuencia de conmutación a 70 kHz.
6. Capturar las formas de onda desde el primer ámbito y medir los picos de corriente de entrada y media de tensión de salida.
   1. Registrar la relación de frecuencia y el deber del segundo ámbito pero no captan su forma de onda.
   2. Registro la entrada de corriente y voltaje en la alimentación de CC de la fuente.
7. Ajustar la frecuencia de conmutación a 50 kHz, 30 kHz y 10 kHz (o el mínimo posible si no se puede llegar a 10 kHz).
   1. Repita los pasos anteriores para cada una de estas tres frecuencias de conmutación.
8. Apague la fuente de entrada y "S90" y luego desmontar el circuito.

Los convertidores Flyback son aislados convertidores buck-boost que pueden acelerar o bajar el voltaje de entrada. La relación de vueltas de lo flyback junto SIDA inductor o transformador en el escalonamiento hacia arriba o hacia abajo del proceso. Dado que la frecuencia de conmutación es alta, el tamaño del transformador flyback es pequeño y usa núcleos de ferrita. Si el voltaje de entrada es V_en y la tensión de salida es V_a, V_{a /}V_en= (N₂/N₁) D / (1-D) cuando el convertidor está funcionando en modo de conducción continua , donde 0≤D≤ 100%. Por lo general, los convertidores flyback no son operados sobre el ciclo de deber del 50% para mantener el equilibrio de la energía en el transformador flyback.

Como se ve en la V_{a /}V_enrelación, D y 1/(1-D) se multiplican y mostrar las capacidades de buck y boost, mientras que el término N₂/N₁ muestra el efecto del transformador relación de vueltas. Entre los principales factores en el diseño y construcción de un convertidor flyback son 1) la inductancia de magnetización L_m del transformador flyback y 2) el circuito snubber en lado de entrada del transformador.

Convertidores Flyback se suelen utilizar en fuentes de alimentación aisladas donde el lado de salida debe tener aislamiento galvánico del lado de la entrada. Esto es común en la conducción de los semiconductores de potencia del lado de alta como MOSFETs o IGBTs cuyos circuitos de accionamiento de puerta pueden requerir fuentes de DC aisladas. Convertidores Flyback se funcionan generalmente en altas frecuencias de conmutación superiores a 100 kHz y tienen potencias por lo general no superior a 200 w el.