Перейти к содержанию

Обратноходовый преобразователь (flyback)

Обратноходовую схему, по Microchip AN1207, широко применяют там, где нужна гальваническая развязка при небольшой мощности — от 5 до 150 Вт. В ней трансформатор не просто передаёт энергию, а сначала запасает её, пока ключ открыт, и отдаёт во вторичную обмотку, когда ключ закрывается.

Обновлено Редакция GAW

Обратноходовый преобразователь (flyback converter) — изолированный импульсный преобразователь, основанный на схеме buck-boost, в котором трансформатор одновременно служит накопителем энергии. Microchip в AN1114 описывает цикл так: пока ключ в первичной цепи открыт, выходной диод закрыт, трансформатор ведёт себя как дроссель с индуктивностью намагничивания, ток в первичной обмотке растёт, и энергия запасается в сердечнике; нагрузку в это время питает выходной конденсатор. Когда ключ закрывается, напряжение на обмотках меняет знак, диод открывается, и запасённая энергия уходит во вторичную цепь.

В режиме непрерывного тока (AN1114, ур. 12):

UвыхUвх=NSNP⋅D1−D,\frac{U_\text{вых}}{U_\text{вх}} = \frac{N_S}{N_P} \cdot \frac{D}{1 - D},

где NS/NP — коэффициент трансформации, D — коэффициент заполнения.

Особенности

  • Гальваническая развязка выхода от сети — за счёт трансформатора, без отдельного дросселя на выходе.
  • Снаббер. Энергия индуктивности рассеяния после закрытия ключа не передаётся во вторичную цепь; её поглощает цепочка D2–RS–CS — снаббер, иначе выброс пробьёт ключ.
  • Напряжение на ключе — входное плюс напряжение ограничения плюс выброс: для универсального сетевого входа Microchip рекомендует ключ на 700 В.
  • Зазор в сердечнике расширяет рабочий диапазон индукции, без него сердечник насыщается.

Управляют такими преобразователями ШИМ-контроллеры с управлением по току, например UC3842, — их обзор в статье «Микросхемы ШИМ-контроллеров DC-DC». Не путать с понижающим преобразователем, у которого нет изоляции, и с прямоходовым (forward), где энергия передаётся при открытом ключе и на выходе нужен дроссель.

Частые вопросы

Чем flyback отличается от прямоходового преобразователя?

В прямоходовом (forward) энергия передаётся во вторичную обмотку в тот же момент, когда ключ открыт, и после трансформатора нужен дроссель. В обратноходовом при открытом ключе выходной диод закрыт, трансформатор запасает энергию в магнитном поле и отдаёт её только после закрытия ключа — отдельный дроссель не нужен.

Зачем в трансформаторе flyback зазор?

Трансформатор flyback работает как накопитель энергии, и сердечник без зазора быстро насыщается. Немагнитный зазор, по Microchip AN1114, расширяет рабочий диапазон изменения индукции и позволяет передать больше энергии за цикл.

Почему ключ flyback должен выдерживать 700 В?

К закрытому ключу приложено входное напряжение плюс отражённое напряжение вторичной обмотки и выброс от индуктивности рассеяния. Microchip приводит оценку для универсального сетевого входа: с отражённым напряжением 180 В и 20 % на выброс ключ нужен на 700 В.

Источники

  1. Microchip. AN1114: Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies (Part I) (DS01114A) — flyback — изолированный преобразователь на основе buck-boost; при открытом ключе трансформатор ведёт себя как дроссель с индуктивностью намагничивания и запасает энергию, диод закрыт, нагрузку питает конденсатор; при закрытом энергия передаётся во вторичную обмотку; ур. 12: Vout/Vin = (NS/NP)·D/(1 − D) в непрерывном режиме; снаббер D2, RS, CS для энергии индуктивности рассеяния; ур. 13: VDS = VIN + VCLAMP + VLEAKAGE, для универсального сетевого входа ключ на 700 В; немагнитный зазор расширяет рабочий диапазон ΔB
  2. Microchip. AN1207: Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies (Part II) (DS01207B) — раздел Flyback Converter: широко применяется при необходимости развязки на мощностях 5–150 Вт, высокое выходное напряжение легко получить без выходного дросселя; режимы прерывистого и непрерывного тока, интервалы 0–TON и TON–TR
  3. Texas Instruments. UCx84x Current-Mode PWM Controllers (SLUS223H, revised October 2024) — контроллер с управлением по току, коэффициент заполнения до 100 % (x842/x843) или 50 % (x844/x845), порог датчика тока 1 В, частота до 500 кГц

Нашли ошибку?

Смотрите также