Convertisseur à retournement

Source : Ali Bazzi, département de génie électrique, Université du Connecticut, Storrs, CT.

Un convertisseur flyback est un convertisseur abaisseur-élévateur qui peut buck et Poussée. Il a une isolation électrique entre l’entrée et la sortie à l’aide d’un inducteur couplé ou un « transformateur flyback ». Cet inducteur couplé permet un rapport des spires qui fournit les Step-Up et abaisseurs de tension automatique, comme dans un transformateur ordinaire mais avec stockage de l’énergie à l’aide de l’entrefer de l’inducteur couplé.

L’objectif de cette expérience est d’étudier les différentes caractéristiques d’un convertisseur flyback. Ce convertisseur fonctionne comme un convertisseur buck-boost mais a une isolation électrique grâce à un inducteur couplé. Opération de boucle ouverte avec un ratio de devoir manuellement-set sera utilisée. On observera une approximation de la relation entrée-sortie.

Pour mieux comprendre le convertisseur flyback, tout d’abord, il faut comprendre un convertisseur buck-boost. Le circuit de convertisseur flyback peut ensuite être dérivé le convertisseur buck-boost.

Le convertisseur buck-boost, comme son nom l’indique, peut soit Step-up ou abaisseurs une tension continue d’entrée au plus haut ou bas voltage, respectivement. Pour dériver un circuit convertisseur buck-boost, un convertisseur buck et boost sont en cascade comme illustré à la figure 1 (a). Un source/puits actuel est utilisé comme charge pour le convertisseur buck et l’entrée vers le convertisseur boost, causant le convertisseur boost à être retournée afin de maintenir la polarité de la tension d’entrée. Abaisseur-élévateur convertisseurs ont donc une polarité tension de sortie inversé.

Comme peut être vu dans la Fig. 1 (b), la source/puits actuel peut être remplacé par un grand inducteur qui agit comme une source de courant ou un lavabo. Toutefois, « C1 » n’est plus nécessaire, puisque la tension intermédiaire à travers « L3 » n’a pas à avoir une tension très faible ondulation. Aussi 2 interrupteur n’est plus nécessaire car il peut provoquer un court-circuit des « L2 » et « L3 ». Le circuit est ainsi mis à jour comme indiqué dans Fig. 1 (c).

En outre, Diode 1 a été utilisé dans le convertisseur buck pour fournir un chemin d’accès actuel pour l’inducteur « L1 », mais « L1 » et « L2 » peuvent être retiré, puisqu’un courant lisse n’est plus nécessaire dans la phase intermédiaire. Diode 1 peut donc également être enlevé, comme illustré dans la Fig. 1 (d) et (e). Le bas-côté Diode 2 peut être déplacé sur le côté haut ou à gauche sur la face inférieure, comme illustré à la figure 1 (e) qui est la plus commune mise en œuvre du circuit convertisseur buck-boost.

La figure 1. Dérivation d’un circuit convertisseur buck-boost de cascade convertisseurs buck et coup de pouce

Le convertisseur flyback va un pas plus loin que le convertisseur buck-boost en fournissant une isolation électrique entre les tensions d’entrée et de sortie. Cela est souhaitable dans nombreuses applications d’alimentation où des motifs sur les côtés de la source et la charge doivent être isolés. En général, les convertisseurs flyback sont utilisés dans les estimations jusqu'à 200 w. Le schéma de la figure 2 illustre la façon dont un convertisseur flyback est dérivé d’un convertisseur buck-boost.

Lorsque le commutateur est activé dans un convertisseur buck-boost, la diode est inverser biaisée et l’énergie est stockée dans l’inductance. Lorsque l’interrupteur est éteint, l’inducteur peut soit absorbent l’énergie du condensateur une fois que la diode est en marche, ou peut fournir le condensateur et charger avec énergie. Ceci fournit la flexibilité abaisseur et Step-Up. Toutefois, l’inducteur peut être remplacé par un inducteur couplé ou flyback transformateur pour assurer une isolation électrique avec le côté de sortie, comme illustré à la Fig. 2 (b). Le commutateur étant sur le côté supérieur nécessite un circuit de commande de porte haute pression, qui est plus complexe et nécessite plus de composants qu’un circuit côté bas. Par conséquent, le commutateur simplement peut être déplacé telle qu’une de ses bornes est reliée à la terre et donc nécessite un pilote simple porte côté bas comme sur la Fig. 2 (c). Afin d’avoir les polarités de la tension d’entrée et de sortie du même côté, la diode de sortie est inversée avec la polarité du transformateur. Le convertisseur flyback final est montré sur la Fig. 2 (d).

La figure 2. Dérivation d’un circuit de convertisseur flyback par un circuit convertisseur buck-boost

ATTENTION : Cette expérience est conçue pour limiter la tension de sortie est inférieure à 50 v DC. N’utilisez que les ratios de devoir, fréquences, tension d’entrée ou les charges qui sont donnés ici.

Cette expérience utilisera la carte de convertisseur DC / DC offertes par les systèmes de HiRel. http://www.hirelsystems.com/Shop/Power-Pole-Board.html

Informations relatives au fonctionnement du Conseil d’administration peuvent être trouvées dans cette vidéo de collections « Introduction à la Commission HiRel. »

La procédure présentée ici s’applique à n’importe quel circuit de convertisseur flyback simple qui peut être construit sur proto planches, planches à pain ou de circuits imprimés.

1. Configuration Conseil :

1. Branchez l’alimentation ±12 de signal au niveau du connecteur « DIN » mais garder « S90 » OFF.
2. Assurez-vous que le sélecteur de contrôle PWM est en position de boucle ouverte.
3. Réglage de l’alimentation CC à 16 c. garder sa sortie déconnecté de la Commission pour l’instant.
4. Avant de raccorder la résistance de charge, réglez-le à 10 Ω.
5. Construire le circuit représenté sur la Fig. 3 à l’aide de la carte magnétique du MOSFET et flyback bas.
   1. Notez que les tours₁rapport N/n₂= 2.
6. Branchez « R_L» bornes « V2 + » et « com ».
   1. Ne jamais débrancher la charge pendant l’expérience comme le convertisseur boost peut devenir instable et causer des dommages au Conseil d’administration.
7. Assurez-vous que le tableau de commutateur de sélection de MOSFET (MOSGET plus bas), sélection de PWM et d’autres paramètres sont corrects atteindre une fonctionnelle Fig. 3.

Figure 3 . Circuit de convertisseur Flyback

2. ajuster le taux de l’obligation et la fréquence de commutation

1. Connecter la sonde différentielle à travers la porte à source du MOSFET inférieur.
2. Tourner sur « S90. » Un signal de commutation doit apparaître sur l’écran du scope.
   1. Ajustez l’axe du temps signal pour voir deux ou trois périodes.
   2. Régler le potentiomètre de fréquence pour atteindre une fréquence de 100 kHz (période de 10 µs).
3. Régler le potentiomètre de ratio de devoir pour atteindre un ratio de 50 % duty (allumage du 5 µs).

3. convertisseur Flyback tests d’entrée Variable

1. Connecter l’entrée alimentation CC, qui est déjà fixée à 16 V, « V1 + » et « com ».
2. Connecter une sonde régulière pour mesurer le courant d’entrée à « CS1. » Assurez-vous que le connecteur de terre est connecté à « COM. »
   1. Connecter la sonde différentielle à travers la charge.
   2. Capturer les formes d’onde et mesurer la sortie tension moyenne, pointe de courant d’entrée et d’entrée moyenne actuelle.
   3. Enregistrer le courant d’entrée et des lectures de tension sur le bloc d’alimentation DC.
3. Régler la tension d’entrée à 11 V, 13 V et 15V.
   1. Répétez les étapes ci-dessus pour chacun de ces tensions.
4. Déconnecter l’entrée DC fournir et ajuster sa production à 16 V.

4. convertisseur Flyback essais de droit Variable Ratio

1. Connecter une sonde régulière à travers la porte vers la source du MOSFET inférieur.
2. Connecter la sonde différentielle à travers la charge.
3. Raccorder l’alimentation d’entrée DC « V1 + » et « com ».
4. Capturer les formes d’onde et mesurer la moyenne tension de sortie et les délais de la tension de la porte-de-source (également le ratio de devoir).
   1. Enregistrer le courant d’entrée et des lectures de tension sur le bloc d’alimentation DC.
5. Ajuster le ratio de service de 10 %, 25 % et 40 %. Répétez les étapes ci-dessus pour chacun de ces ratios de trois fonctions.
6. Réinitialiser le rapport entre le droit à 50 %.
7. Couper l’alimentation d’entrée de DC.

5. convertisseur Flyback essais à fréquence de découpage Variable

1. Connecter une sonde régulièrement à « CS1 » pour mesurer le courant d’entrée.
2. Connecter la sonde différentielle à travers la charge.
3. Sur le second oscilloscope, observer la porte-à-source de tension en utilisant une sonde régulier pour ajuster la fréquence de découpage selon les besoins.
4. Raccorder l’alimentation d’entrée DC « V1 + » et « com ».
5. Régler la fréquence de commutation à 70 kHz.
6. Capter les ondes de la première portée et mesurer la pointe de courant d’entrée et de moyenne tension de sortie.
   1. Enregistrer le taux de fréquence et le devoir de la deuxième portée, mais ne tiennent pas compte de sa forme d’onde.
   2. Le courant d’entrée d’enregistrement et lecture sur le courant continu de tension d’alimentation.
7. Régler la fréquence de commutation à 50 kHz, 30 kHz et 10 kHz (ou minimale possible si 10kHz n’est pas joignable).
   1. Répétez les étapes ci-dessus pour chacun de ces trois fréquences de commutation.
8. Couper l’alimentation DC et « S90 » et puis démonter le circuit.

Convertisseurs Flyback sont isolés convertisseurs buck-boost qui peuvent intensifier ou démissionner de la tension d’entrée. Le rapport des spires de la flyback couplé inducteur ou transformateur d’aides dans la progression vers le haut ou vers le bas de processus. Étant donné que la fréquence est élevée, la taille du transformateur flyback est petite et utilise des noyaux de ferrite. Si la tension d’entrée est V_dans et la tension de sortie est V_à, V_{à /}V_en= (N2/n₁) D / (1-D) lorsque le convertisseur fonctionne en mode de conduction continue , où0≤ ≤100 d%. En règle générale, les convertisseurs flyback ne roulent pas au-dessus de 50 % rapport cyclique pour maintenir l’équilibre énergétique chez le transformateur flyback.

Comme on le voit dans la V_{à /}V_enrelation, D et 1/(1-D) sont multipliées et montrer les capacités de buck et coup de pouce, alors que le terme N2/n₁ montre l’effet du transformateur rapport des spires. Parmi les principaux facteurs dans la conception et la construction d’un convertisseur flyback sont 1) l’inductance magnétisante L_m de transformateur flyback et 2) le circuit de l’amortisseur sur le côté de l’entrée du transformateur.

Convertisseurs Flyback sont généralement utilisées dans les alimentations isolées où du côté sortie doit avoir une isolation galvanique du côté d’entrée. Ceci est fréquent dans la conduite des semiconducteurs de puissance de l’haute pression tels que les transistors MOSFET et IGBT dont circuits d’entraînement de porte peuvent exiger des alimentations DC isolées. Convertisseurs Flyback fonctionnent généralement à des fréquences de commutation élevées supérieures à 100 kHz et ont des puissances généralement ne pas au-delà de 200 W.