كيفية تصميم محول Flyback - برنامج تعليمي شامل

يعد تكوين flyback هو الهيكل المفضل في تصميمات تطبيقات SMPS لأنه يضمن عزلًا تامًا لمخرج التيار المستمر عن التيار المتردد الرئيسي. تشمل الميزات الأخرى تكلفة التصنيع المنخفضة والتصميم البسيط والتنفيذ غير المعقد. تُستخدم نسخة DCM الحالية المنخفضة من محولات flyback التي تتضمن مواصفات خرج أقل من 50 وات على نطاق واسع أكثر من نظيراتها الحالية عالية التيار.

لنتعرف على التفاصيل مع شرح شامل من خلال الفقرات التالية:

دليل تصميم شامل لمحول Flyback بتردد ثابت خارج الخط

طرق عمليات Flyback: DCM و CCM

أدناه نرى التصميم التخطيطي الأساسي لمحول flyback. الأقسام الرئيسية في هذا التصميم هي المحول ، وقوة التبديل mosfet Q1 على الجانب الأساسي ، ومقوم الجسر في الجانب الثانوي D1 ، مكثف مرشح للتنعيم الإخراج من D1 ، ومرحلة تحكم PWM التي قد تكون دائرة تحكم IC.

يمكن أن يحتوي هذا النوع من تصميم flyback على CCM (وضع التوصيل المستمر) أو DCM (وضع التوصيل المتقطع) استنادًا إلى كيفية تكوين MOSFET T1 للطاقة.

بشكل أساسي ، في وضع DCM ، لدينا الطاقة الكهربائية المخزنة بالكامل في المحول الأساسي يتم نقلها عبر الجانب الثانوي في كل مرة يتم فيها إيقاف تشغيل MOSFET أثناء دورات التبديل (تسمى أيضًا فترة flyback) ، مما يؤدي إلى وصول التيار الجانبي الأساسي إلى احتمال صفر قبل أن يتمكن T1 من إعادة التشغيل مرة أخرى في دورة التحويل التالية.

في وضع CCM ، لا تحصل الطاقة الكهربائية المخزنة في المرحلة الأولية على فرصة لنقلها بالكامل أو تحفيزها عبر المرحلة الثانوية.

هذا لأن كل نبضات تحويل لاحقة من وحدة التحكم PWM تعمل على T1 قبل أن يقوم المحول بنقل طاقته المخزنة بالكامل إلى الحمل. هذا يعني أن تيار flyback (ILPK و ISEC) لا يُسمح لهما بالوصول إلى الصفر المحتمل خلال كل دورة من دورات التحويل.

يمكننا أن نشهد الفرق بين وضعي التشغيل في الرسم البياني التالي من خلال أنماط الموجة الحالية عبر القسم الأولي والثانوي من المحول.

كل من وضعي DCM و CCM لهما مزايا محددة ، والتي يمكن تعلمها من الجدول التالي:

بالمقارنة مع CCM ، تتطلب دائرة وضع DCM مستويات أعلى من ذروة التيار من أجل ضمان الطاقة المثلى عبر الجانب الثانوي للمحول. وهذا بدوره يتطلب أن يتم تصنيف الجانب الأساسي في تيار RMS أعلى ، مما يعني أن MOSFET يحتاج إلى التصنيف في النطاق الأعلى المحدد.

في الحالات التي يكون فيها التصميم مطلوبًا مع نطاق محدود من تيار الإدخال والمكونات ، عادةً ما يتم اختيار وضع CCM fyback ، مما يسمح للتصميم باستخدام مكثف مرشح أصغر نسبيًا ، وفقدان توصيل أقل في MOSFET والمحول).

تصبح CCM مواتية للظروف التي يكون فيها جهد الدخل أقل ، بينما يكون التيار أعلى (أكثر من 6 أمبير) ، وهي تصميمات يمكن تصنيفها للعمل مع أكثر من قوة 50 واط ، باستثناء المخرجات عند 5 فولت حيث يمكن أن تكون مواصفات القوة الكهربائية أقل من 50 واط.

تشير الصورة أعلاه إلى الاستجابة الحالية على الجانب الأساسي من أوضاع flyback والعلاقة المقابلة بين الأشكال الموجية المثلثية وشبه المنحرفة.

يشير IA على شكل الموجة المثلثية إلى الحد الأدنى من نقطة التهيئة التي يمكن رؤيتها على أنها صفر ، في بداية فترة التبديل ON من MOSFET ، وأيضًا مستوى ذروة تيار أعلى ثابت في الملف الأولي لل محول في ذلك الوقت حتى يتم تشغيل MOSFET مرة أخرى ، أثناء وضع CCM للتشغيل.

قد يُنظر إلى IB على أنها نقطة النهاية للحجم الحالي بينما موسفيت تم تشغيل المفتاح (الفاصل الزمني للطن).

يمكن اعتبار القيمة الحالية المعيارية IRMS كدالة لعامل K (IA / IB) على المحور Y.

يمكن استخدام هذا كمضاعف كلما دعت الحاجة إلى حساب الخسائر المقاومة لعدد متنوع من أشكال الموجة مع الإشارة إلى شكل موجة شبه منحرف له شكل موجة علوي مسطح.

يوضح هذا أيضًا الخسائر الإضافية التي لا مفر منها في توصيل التيار المستمر لملف المحولات والترانزستورات أو الثنائيات كدالة لشكل الموجة الحالية. باستخدام هذه النصائح ، سيكون المصمم قادرًا على منع ما يصل إلى 10 إلى 15 ٪ من خسائر التوصيل مع تصميم المحول المحسوب جيدًا.

قد تصبح مراعاة المعايير المذكورة أعلاه أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات المصممة للتعامل مع تيارات RMS العالية ، والتي تتطلب كفاءة مثالية باعتبارها السمات الرئيسية.

قد يكون من الممكن القضاء على خسائر النحاس الإضافية ، على الرغم من أن ذلك قد يتطلب الكثير حجم اللب لاستيعاب مساحة نافذة اللف الأكبر الأساسية ، على عكس المواقف التي تصبح فيها المواصفات الأساسية فقط حاسمة.

كما فهمنا حتى الآن ، يتيح وضع تشغيل DCM استخدام محول أقل حجمًا ، ويمتلك استجابة عابرة أكبر ويعمل بأقل خسائر تحويل.

لذلك يوصى بهذا الوضع بشدة لدارات flyback المحددة لجهد خرج أعلى بمتطلبات أمبير أقل نسبيًا.

على الرغم من أنه قد يكون من الممكن تصميم محول flyback للعمل مع أوضاع DCM بالإضافة إلى أوضاع CCM ، يجب تذكر شيء واحد أنه أثناء الانتقال من وضع DCM إلى وضع CCM ، تتحول وظيفة التحويل هذه إلى عملية ثنائية القطب ، مما يؤدي إلى انخفاض مقاومة للمحول.

هذا الموقف يجعل من الضروري دمج استراتيجيات تصميم إضافية ، بما في ذلك حلقة مختلفة (ردود الفعل) وتعويض المنحدر فيما يتعلق بنظام الحلقة الداخلية الحالية. يعني هذا عمليًا أنه يتعين علينا التأكد من أن المحول مصمم بشكل أساسي لوضع CCM ، ومع ذلك فهو قادر على العمل مع وضع DCM عند استخدام أحمال أخف عند الإخراج.

قد يكون من المثير للاهتمام معرفة أنه باستخدام نماذج المحولات المتقدمة ، قد يصبح من الممكن تحسين محول CCM من خلال تنظيم الحمل الأنظف والأخف وزناً ، فضلاً عن التنظيم المتقاطع العالي على نطاق واسع من الحمل من خلال محول فجوة متدرجة.

في مثل هذه الحالات ، يتم فرض فجوة أساسية صغيرة عن طريق إدخال عنصر خارجي مثل شريط عازل أو ورق ، من أجل إحداث تحريض عالي في البداية ، وكذلك تمكين تشغيل CCM بأحمال أخف. سنناقش هذا بالتفصيل في وقت آخر مقالاتي اللاحقة.

نظرًا لوجود خصائص وضع DCM متعددة الاستخدامات ، فلا عجب أن يصبح هذا هو الخيار الشائع عندما يلزم تصميم SMPS خالية من المتاعب وفعالة ومنخفضة الطاقة.

في ما يلي سوف نتعلم التعليمات خطوة بخطوة فيما يتعلق بكيفية تصميم محول flyback في وضع DCM.

معادلات تصميم DCM Flyback ومتطلبات القرار المتسلسل

الخطوة 1:
تقييم وتقدير متطلبات التصميم الخاصة بك. الجميع تصميم SMPS يجب أن تبدأ بتقييم وتحديد مواصفات النظام. ستحتاج إلى تحديد وتخصيص المعلمات التالية:

نحن نعلم أن معلمة الكفاءة هي العامل الحاسم الذي يجب تحديده أولاً ، وأسهل طريقة هي تحديد هدف يتراوح بين 75٪ و 80٪ ، حتى لو كان تصميمك منخفض التكلفة. يُشار إلى تردد التبديل على أنه

يجب اختراق Fsw بشكل عام أثناء الحصول على أفضل حجم للمحول والخسائر المتكبدة بسبب التبديل و EMI. مما يعني أنه قد يحتاج المرء إلى اتخاذ قرار بشأن تردد تبديل لا يقل عن 150 كيلو هرتز. يمكن تحديد هذا عادةً بين نطاق 50 كيلو هرتز و 100 كيلو هرتز.

علاوة على ذلك ، في حالة الحاجة إلى تضمين أكثر من ناتج واحد للتصميم ، فإن قيمة القدرة القصوى Pout ستحتاج إلى تعديلها كقيمة مجمعة للمخرجات.

قد تجد من المثير للاهتمام معرفة أنه حتى وقت قريب ، كانت أكثر تصميمات SMPS التقليدية شيوعًا تستخدم Mosfet و تحكم التبديل PWM كمرحلتين مختلفتين معزولتين ، متكاملين معًا عبر تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، ولكن في الوقت الحاضر في وحدات SMPS الحديثة ، يمكن العثور على هاتين المرحلتين مضمنتين داخل حزمة واحدة وتصنيعهما على شكل دوائر متكاملة فردية.

بشكل أساسي ، المعلمات التي يتم أخذها في الاعتبار عادةً أثناء تصميم محول flyback SMPS هي 1) التطبيق أو مواصفات الحمل ، 2) التكلفة 3) الطاقة الاحتياطية ، و 4) ميزات الحماية الإضافية.

عند استخدام الدوائر المتكاملة المدمجة ، عادة ما تصبح الأمور أسهل كثيرًا ، حيث إنها تتطلب فقط المحول وبعض المكونات الخارجية السلبية التي يتم حسابها لتصميم محول flyback الأمثل.

دعونا ندخل في التفاصيل المتعلقة بالحسابات المتضمنة لتصميم flaback SMPS.

حساب مدخلات مكثف Cin ، ونطاق جهد الدخل DC

اعتمادًا على جهد الإدخال ومواصفات الطاقة ، يمكن تعلم القاعدة القياسية لاختيار Cin والتي يشار إليها أيضًا باسم مكثف ارتباط DC من التفسيرات التالية:

من أجل ضمان نطاق واسع من التشغيل ، يمكن اختيار 2 فائق التوهج لكل واط أو قيمة أعلى لمكثف ارتباط التيار المستمر ، مما سيمكنك من الحصول على نطاق جودة جيد لهذا المكون.

بعد ذلك ، قد يكون مطلوبًا تحديد الحد الأدنى لجهد دخل التيار المستمر الذي يمكن الحصول عليه من خلال حل:

حيث يصبح التفريغ هو نسبة التشغيل لمكثف وصلة DC ، والتي قد تكون حوالي 0.2

في الشكل أعلاه يمكننا تصور جهد مكثف وصلة DC. كما هو موضح ، ينشأ جهد الدخل أثناء الحد الأقصى لقدرة الإخراج وأدنى جهد تيار متردد ، بينما ينشأ الحد الأقصى لجهد دخل التيار المستمر أثناء الحد الأدنى من طاقة الإدخال (غياب الحمل) وأثناء أقصى جهد تيار متردد.

في حالة عدم وجود حمل ، يمكننا رؤية أقصى جهد دخل للتيار المستمر ، يتم خلاله شحن المكثف عند أعلى مستوى لجهد دخل التيار المتردد ، ويمكن التعبير عن هذه القيم بالمعادلة التالية:

الخطوه 3:

تقييم VR الجهد المستحث Flyback ، وضغط الجهد الأقصى على MOSFET VDS. يمكن فهم VR للجهد الناجم عن Flyback على أنه الجهد المستحث عبر الجانب الأساسي من المحول عندما يكون mosfet Q1 في حالة إيقاف التشغيل.

تؤثر الوظيفة المذكورة أعلاه بدورها على الحد الأقصى لتصنيف VDS الخاص بـ mosfet ، والذي يمكن تأكيده وتحديده من خلال حل المعادلة التالية:

حيث ، Vspike هو ارتفاع الجهد الناتج عن محاثة تسرب المحولات.

بادئ ذي بدء ، يمكن أخذ 30٪ Vspike من VDSmax.

تخبرنا القائمة التالية عن مقدار الجهد المنعكس أو الجهد المستحث الذي قد يوصى به لـ MOSFET المصنف من 650 فولت إلى 800 فولت ، مع وجود قيمة حدية أولية VR أقل من 100 فولت لنطاق جهد إدخال واسع متوقع.

يمكن أن يكون اختيار VR الصحيح بمثابة صفقة بين مستوى إجهاد الجهد على المعدل الثانوي ومواصفات mosfet الجانبية الأساسية.

إذا تم اختيار VR عاليًا جدًا من خلال نسبة دوران متزايدة ، فسيؤدي ذلك إلى زيادة VDSmax ، ولكن مستوى أقل من جهد الجهد على الصمام الثنائي الجانبي الثانوي.

وإذا تم تحديد VR صغيرًا جدًا من خلال نسبة دوران أصغر ، فسيؤدي ذلك إلى أن يكون VDSmax أصغر ، ولكنه سيؤدي إلى زيادة مستوى الضغط على الصمام الثنائي الثانوي.

سيضمن VDSmax الجانب الأساسي الأكبر ليس فقط انخفاض مستوى الضغط على الصمام الثنائي الجانبي الثانوي وتقليل التيار الأولي ، ولكنه سيسمح أيضًا بتنفيذ تصميم فعال من حيث التكلفة.

Flyback مع وضع DCM

كيفية حساب Dmax اعتمادًا على Vreflected و Vinmin

يمكن توقع دورة عمل قصوى في مثيلات VDCmin. في هذه الحالة ، قد نقوم بتصميم المحول على طول عتبات DCM و CCM. في هذه الحالة ، يمكن تقديم دورة العمل على النحو التالي:

الخطوة 4:

كيفية حساب تيار الحث الأساسي

في هذه الخطوة سوف نحسب الحث الأولي وتيار الذروة الأولي.

يمكن استخدام الصيغ التالية لتحديد تيار الذروة الأولي:

بمجرد تحقيق ما سبق ، يمكننا المضي قدمًا وحساب المحاثة الأولية باستخدام الصيغة التالية ، ضمن حدود دورة العمل القصوى.

يجب توخي الحذر فيما يتعلق بـ flyback ، ويجب ألا تدخل في وضع CCM بسبب أي شكل من أشكال ظروف التحميل الزائدة ، ويجب مراعاة مواصفات الطاقة القصوى هذه أثناء حساب Poutmax في المعادلة رقم 5. يمكن أن تحدث الحالة المذكورة أيضًا في حالة زيادة المحاثة عن قيمة Lprimax ، لذا قم بتدوين ذلك.

الخطوة 5 :

كيفية اختيار الدرجة الأساسية والحجم الأمثل:

قد يبدو الأمر مخيفًا للغاية أثناء اختيار المواصفات الأساسية الصحيحة والهيكل إذا كنت تقوم بتصميم flyback لأول مرة. لأن هذا قد يشمل عددًا كبيرًا من العوامل والمتغيرات التي يجب مراعاتها. بعض هذه العناصر التي قد تكون مهمة هي الهندسة الأساسية (مثل EE core / RM core / PQ core وما إلى ذلك) ، والبعد الأساسي (مثل EE19 ، RM8 PQ20 وما إلى ذلك) ، والمواد الأساسية (على سبيل المثال. 3C96. TP4، 3F3 إلخ).

إذا كنت جاهلًا فيما يتعلق بكيفية متابعة المواصفات المذكورة أعلاه ، فقد تكون الطريقة الفعالة لمواجهة هذه المشكلة هي إحالة دليل الاختيار الأساسي القياسي من قبل الشركة المصنعة الأساسية ، أو يمكنك أيضًا الحصول على المساعدة في الجدول التالي الذي يمنحك تقريبًا الأبعاد الأساسية القياسية أثناء تصميم flyback 65 كيلو هرتز DCM ، مع الإشارة إلى طاقة الإخراج.

بمجرد الانتهاء من اختيار الحجم الأساسي ، فقد حان الوقت لتحديد البكرة الصحيحة ، والتي يمكن الحصول عليها وفقًا لورقة البيانات الأساسية. قد يلزم أيضًا اعتبار الخصائص الإضافية للبكرة ، مثل عدد المسامير أو حامل PCB أو SMD ، والوضع الأفقي أو الرأسي ، جميعها التصميم المفضل

تعتبر المادة الأساسية أيضًا مهمة ويجب اختيارها بناءً على التردد وكثافة التدفق المغناطيسي وخسائر اللب.

بادئ ذي بدء ، يمكنك تجربة متغيرات بالاسم 3F3 أو 3C96 أو TP4A ، تذكر أن أسماء المواد الأساسية المتاحة قد تكون مختلفة للأنواع المماثلة اعتمادًا على التصنيع المعين.

كيفية حساب الحد الأدنى من المنعطفات أو الملفات الأساسية

أين المصطلح بي ماكس يشير إلى كثافة التدفق القصوى للتشغيل ، يخبرك Lpri عن الحث الأساسي ، يصبح Ipri تيار الذروة الأساسي ، بينما يحدد Ae منطقة المقطع العرضي لنوع النواة المحدد.

يجب أن نتذكر أنه لا ينبغي أبدًا السماح لـ Bmax بتجاوز كثافة تدفق التشبع (Bsat) كما هو محدد في ورقة البيانات الخاصة بالمواد الأساسية. قد تجد اختلافات طفيفة في Bsat بالنسبة للنوى الفريتية اعتمادًا على المواصفات مثل نوع المادة ودرجة الحرارة ، إلا أن معظمها سيكون لها قيمة قريبة من 400mT.

إذا لم تجد بيانات مرجعية مفصلة ، فيمكنك استخدام Bmax 300mT. على الرغم من أن اختيار Bmax الأعلى قد يساعد في تقليل عدد المنعطفات الأولية والتوصيل الأقل ، فقد يزداد فقدان النواة بشكل كبير. حاول التحسين بين قيم هذه المعلمات ، بحيث يتم الاحتفاظ بفقدان النواة وخسارة النحاس ضمن الحدود المقبولة.

الخطوة السادسة:

كيفية حساب عدد المنعطفات للإخراج الثانوي الرئيسي (Ns) والمخرجات المساعدة المتنوعة (Naux)

بغرض تحديد المنعطفات الثانوية نحتاج أولاً إلى إيجاد نسبة الدوران (ن) ، والتي يمكن حسابها باستخدام الصيغة التالية:

حيث Np هي المنعطفات الأساسية ، و N هي العدد الثانوي من المنعطفات ، Vout تشير إلى جهد الخرج ، ويخبرنا VD فيما يتعلق بانخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي الثانوي.

لحساب المنعطفات للمخرجات المساعدة لقيمة Vcc المرغوبة ، يمكن استخدام الصيغة التالية:

يصبح الملف المساعد أمرًا حاسمًا في جميع محولات flyback لتزويد إمداد بدء التشغيل الأولي إلى IC للتحكم. عادةً ما يتم استخدام VCC للإمداد بالطاقة لتشغيل IC على الجانب الأساسي ويمكن إصلاحه وفقًا للقيمة الواردة في ورقة بيانات IC. إذا أعطت العملية الحسابية قيمة غير صحيحة ، فقم بتدويرها ببساطة باستخدام قيمة العدد الصحيح العلوي أعلى هذا الرقم غير الصحيح مباشرةً.

كيفية حساب حجم السلك لملف الإخراج المحدد

من أجل حساب أحجام الأسلاك بشكل صحيح للملفات المتعددة ، نحتاج أولاً إلى معرفة مواصفات RMS الحالية للملف الفردي.

يمكن أن يتم ذلك باستخدام الصيغ التالية:

كنقطة انطلاق ، يمكن استخدام كثافة تيار تتراوح من 150 إلى 400 ميل دائري لكل أمبير لتحديد مقياس السلك. يوضح الجدول التالي المرجع لاختيار مقياس السلك المناسب باستخدام 200M / A ، وفقًا لقيمة RMS الحالية. كما يوضح لك قطر السلك والعزل الأساسي لمقياس متنوع من الأسلاك النحاسية فائقة المطلية.

الخطوة 8:

النظر في بناء المحولات وتكرار تصميم اللف

بعد الانتهاء من تحديد معلمات المحولات التي تمت مناقشتها أعلاه ، يصبح من الضروري تقييم كيفية ملاءمة بُعد السلك وعدد الدورات داخل الحجم الأساسي المحسوب للمحول ، والبكرة المحددة. للحصول على هذا بشكل صحيح على النحو الأمثل ، قد تكون هناك حاجة إلى العديد من التكرار أو التجريب لتحسين المواصفات الأساسية مع الإشارة إلى مقياس السلك وعدد الدورات.

يوضح الشكل التالي منطقة لف معينة جوهر EE . بالإشارة إلى سماكة السلك المحسوبة وعدد الدورات للملف الفردي ، قد يكون من الممكن تقدير ما إذا كان الملف سيتناسب مع منطقة اللف المتاحة (w و h) أم لا. إذا لم يستوعب الملف ، فقد تتطلب إحدى المعلمات من عدد المنعطفات ، أو مقياس السلك أو الحجم الأساسي ، أو أكثر من معلمة واحدة بعض الضبط الدقيق حتى يتلاءم الملف على النحو الأمثل.

يعد تصميم اللف أمرًا بالغ الأهمية نظرًا لأن أداء العمل وموثوقية المحول يعتمدان عليه بشكل كبير. يوصى باستخدام تصميم أو هيكل شطيرة للملف من أجل تقييد تسرب الحث ، كما هو موضح في الشكل 5.

أيضًا من أجل تلبية قواعد السلامة الدولية والتوافق معها ، يجب أن يحتوي التصميم على نطاق كافٍ من العزل عبر الطبقات الأولية والثانوية للملف. يمكن ضمان ذلك من خلال استخدام هيكل ملفوف الهامش ، أو باستخدام سلك ثانوي له تصنيف سلك ثلاثي معزول ، كما هو موضح في الشكل التالي المعني

يصبح استخدام السلك الثلاثي المعزول للملف الثانوي هو الخيار الأسهل للتأكيد السريع على قوانين السلامة الدولية المتعلقة بتصميمات flyback SMPS. ومع ذلك ، قد يكون لهذه الأسلاك المقواة سمك أعلى قليلاً مقارنة بالمتغير العادي الذي يجبر الملف على شغل مساحة أكبر ، وقد يتطلب جهدًا إضافيًا لاستيعابها داخل البكرة المحددة.

الخطوة 9

كيفية تصميم دائرة المشبك الأولية

في تسلسل التبديل ، لفترات إيقاف تشغيل mosfet ، يتعرض ارتفاع الجهد العالي في شكل محاثة التسرب عبر استنزاف / مصدر mosfet ، مما قد يؤدي إلى انهيار الانهيار الجليدي ، مما يؤدي في النهاية إلى إتلاف mosfet.

لمواجهة هذا ، يتم عادةً تكوين دائرة لقط عبر الملف الأولي ، مما يحد على الفور من الارتفاع المتولد إلى قيمة منخفضة آمنة.

سوف تجد تصميمين لدوائر التثبيت التي يمكن دمجها لهذا الغرض كما هو موضح في الشكل التالي.

هذه هي RCD clamp ، و Diode / Zener clamp ، حيث يكون الأخير أسهل في التكوين والتنفيذ من الخيار الأول. في دائرة المشبك هذه ، نستخدم مزيجًا من الصمام الثنائي المعدل والصمام الثنائي Zener عالي الجهد مثل TVS (مثبط الجهد العابر) لتثبيط الارتفاع المفاجئ.

وظيفة الصمام الثنائي زينر هو قص أو الحد من ارتفاع الجهد بكفاءة حتى يتم تحويل جهد التسرب بالكامل من خلال الصمام الثنائي Zener. ميزة مشبك زينر الثنائي هي أن الدائرة تنشط وتثبت فقط عندما تتجاوز القيمة المجمعة لـ VR و Vspike مواصفات انهيار الصمام الثنائي Zener ، والعكس بالعكس ، طالما أن الارتفاع أقل من انهيار Zener أو مستوى آمن ، قد لا يتم تشغيل المشبك على الإطلاق ، ولا يسمح بأي تبديد غير ضروري للطاقة.

كيفية تحديد لقط ديود / تصنيف زينر

يجب أن تكون دائمًا ضعف قيمة الجهد المنعكس VR ، أو جهد الارتفاع المفترض.
يجب أن يكون الصمام الثنائي المعدل استردادًا فائق السرعة أو نوع شوتكي من الصمام الثنائي ذو تصنيف أعلى من الحد الأقصى لجهد وصلة التيار المستمر.

الخيار البديل لنوع التثبيت RCD له عيب في إبطاء dv / dt الخاص بـ MOSFET. هنا تصبح معلمة المقاومة للمقاوم حاسمة أثناء الحد من ارتفاع الجهد. إذا تم تحديد Rclamp منخفض القيمة ، فسيؤدي ذلك إلى تحسين حماية السنبلة ولكنه قد يزيد من التبديد وإهدار الطاقة. على العكس من ذلك ، إذا تم تحديد قيمة أعلى لـ Rclamp ، فسيساعد ذلك في تقليل التبديد ولكن قد لا يكون فعالًا في قمع المسامير .

بالإشارة إلى الشكل أعلاه ، لضمان VR = Vspike ، يمكن استخدام الصيغة التالية

حيث يشير Lleak إلى محاثة المحول ، ويمكن العثور عليه عن طريق إنشاء دائرة كهربائية قصيرة عبر الملف الثانوي ، أو بدلاً من ذلك ، يمكن دمج قيمة قاعدة الإبهام من خلال تطبيق 2 إلى 4 ٪ من قيمة المحاثة الأولية.

في هذه الحالة ، يجب أن يكون المكثف Cclamp كبيرًا بشكل كبير ويمنع ارتفاع الجهد أثناء فترة امتصاص طاقة التسرب.

يمكن تحديد قيمة Cclamp بين 100pF إلى 4.7nF ، وسيتم تفريغ الطاقة المخزنة داخل هذا المكثف وتحديثها بواسطة Rclamp بسرعة أثناء دورة تبديل eacj.

الخطوة 10

كيفية تحديد الناتج المعدل الثنائي

يمكن حساب ذلك باستخدام الصيغة الموضحة أعلاه.

تأكد من تحديد المواصفات بحيث لا يقل الحد الأقصى للجهد العكسي أو VRRM للديود عن 30٪ من VRVdiode ، وتأكد أيضًا من أن IF أو مواصفات التيار الأمامي الانهيار الجليدي أكبر بنسبة 50٪ على الأقل من IsecRMS. يفضل استخدام الصمام الثنائي شوتكي لتقليل خسائر التوصيل.

مع دارة DCM ، قد يكون تيار الذروة Flyback مرتفعًا ، لذلك حاول اختيار الصمام الثنائي الذي يحتوي على جهد أمامي منخفض ومواصفات تيار أعلى نسبيًا ، فيما يتعلق بمستوى الكفاءة المطلوب.

الخطوة 11

كيفية تحديد قيمة مكثف الإخراج

اختيار أ مكثف الإخراج المحسوب بشكل صحيح أثناء تصميم flyback يمكن أن يكون أمرًا بالغ الأهمية ، لأنه في طوبولوجيا flyback ، لا تتوفر الطاقة الاستقرائية المخزنة بين الصمام الثنائي والمكثف ، مما يعني أن قيمة المكثف تحتاج إلى أن يتم حسابها من خلال مراعاة 3 معايير مهمة:

1) السعة
2) ESR
3) RMS الحالي

يمكن تحديد الحد الأدنى من القيمة الممكنة اعتمادًا على وظيفة الحد الأقصى المقبول لجهد تموج الخرج الأقصى ، ويمكن تحديده من خلال الصيغة التالية:

حيث يشير Ncp إلى عدد نبضات الساعة الجانبية الأولية التي تتطلبها ملاحظات التحكم للتحكم في الواجب من القيم القصوى والدنيا المحددة. قد يتطلب هذا عادةً حوالي 10 إلى 20 دورة تبديل.
يشير Iout إلى الحد الأقصى لتيار الإخراج (Iout = Poutmax / Vout).

لتحديد أقصى قيمة RMS لمكثف الإخراج ، استخدم الصيغة التالية:

بالنسبة لتردد التحويل العالي المحدد من flyback ، فإن الحد الأقصى لتيار الذروة من الجانب الثانوي للمحول سوف يولد جهد تموج عالي المقابل ، يتم فرضه عبر ESR المكافئ لمكثف الخرج. بالنظر إلى ذلك ، يجب التأكد من أن تصنيف ESRmax للمكثف لا يتجاوز قدرة التموج الحالية المقبولة للمكثف.

قد يشتمل التصميم النهائي بشكل أساسي على تصنيف الجهد المطلوب ، وقدرة تيار التموج للمكثف ، بناءً على النسبة الفعلية لجهد الخرج المحدد وتيار flyback.

تأكد من أن ملف قيمة ESR يتم تحديده من ورقة البيانات بناءً على التردد الأعلى من 1 كيلو هرتز ، والذي قد يُفترض عادةً أنه بين 10 كيلو هرتز إلى 100 كيلو هرتز.

سيكون من المثير للاهتمام ملاحظة أن مكثفًا منفردًا بمواصفات ESR منخفضة قد يكون كافياً للتحكم في تموج الإخراج. يمكنك محاولة تضمين مرشح LC صغير لتيارات ذروة أعلى ، خاصةً إذا كان flyback مصممًا للعمل مع وضع DCM ، مما قد يضمن تحكمًا جيدًا في جهد التموج عند الإخراج.

الخطوة 12

مزيد من الاعتبارات الهامة:

أ) كيفية تحديد الجهد والتصنيف الحالي لمعدل الجسر الجانبي الأساسي.

يمكن أن يتم ذلك من خلال المعادلة أعلاه.

في هذه الصيغة PF تعني عامل القدرة من مصدر الطاقة ، يمكننا تطبيق 0.5 في حالة أصبح المرجع المناسب بعيد المنال. بالنسبة لمعدل الجسر ، حدد الثنائيات أو الوحدة التي لها تصنيف أمبير أمامي مرتين أكثر من IACRMS. بالنسبة لتصنيف الجهد ، يمكن تحديده عند 600 فولت لمواصفات دخل التيار المتردد 400 فولت كحد أقصى.

ب) كيفية تحديد المقاوم الحالي (Rsense):

يمكن حسابه بالمعادلة التالية. تم دمج المقاوم الاستشعار Rsense لتفسير الطاقة القصوى عند خرج flyback. يمكن تحديد قيمة Vcsth بالرجوع إلى ورقة بيانات وحدة التحكم IC ، يشير Ip (الحد الأقصى) إلى التيار الأساسي.

ج) اختيار VCC للمكثف:

الأمثل قيمة السعة أمر بالغ الأهمية لمكثف الإدخال لتقديم فترة بدء تشغيل مناسبة. عادةً ما تقوم أي قيمة بين 22 فائق التوهج إلى 47 فائق التوهج بالمهمة بشكل جيد. ومع ذلك ، إذا تم تحديد هذا بدرجة أقل ، فقد يؤدي ذلك إلى تشغيل 'قفل الجهد المنخفض' على وحدة التحكم IC ، قبل أن يتمكن المحول من تطوير Vcc. على العكس من ذلك ، يمكن أن تؤدي قيمة السعة الأكبر إلى تأخير غير مرغوب فيه في وقت بدء تشغيل المحول.

بالإضافة إلى ذلك ، تأكد من أن هذا المكثف من أفضل جودة ، وله مواصفات ESR جيدة جدًا وتيار تموج ، على قدم المساواة مع الإخراج مواصفات المكثف . يوصى بشدة بتوصيل مكثف آخر ذي قيمة أصغر بترتيب 100nF ، بالتوازي مع المكثف الذي تمت مناقشته أعلاه ، وقريبًا قدر الإمكان لمنافذ Vcc / الأرضية الخاصة بوحدة التحكم IC.

د) تكوين حلقة الملاحظات:

يصبح تعويض حلقة التغذية المرتدة مهمًا لإيقاف توليد التذبذب. يمكن أن يكون تكوين تعويض الحلقة أبسط بالنسبة إلى وضع DCM flyback من CCM ، نظرًا لغياب 'نصف المستوى الأيمن صفر' في مرحلة القدرة وبالتالي لا يتم طلب تعويض.

كما هو موضح في الشكل أعلاه ، يصبح RC المباشر (Rcomp ، Ccomp) كافيًا في الغالب للحفاظ على استقرار جيد عبر الحلقة. بشكل عام ، يمكن تحديد قيمة Rcomp لأي شيء يتراوح بين 1K و 20K ، بينما يمكن أن يكون Ccomp في نطاق 100nF و 470pF.

بهذا نختتم مناقشتنا التفصيلية حول كيفية تصميم وحساب محول flyback ، إذا كان لديك أي اقتراحات أو أسئلة ، يمكنك طرحها في مربع التعليق التالي ، وسيتم الرد على أسئلتك في أسرع وقت ممكن.

كياسة: إنفينيون