Cách thiết kế một bộ chuyển đổi Flyback - Hướng dẫn Toàn diện

Cấu hình flyback là cấu trúc liên kết được ưa thích trong các thiết kế ứng dụng SMPS chủ yếu vì nó đảm bảo cách ly hoàn toàn DC đầu ra khỏi nguồn AC đầu vào. Các tính năng khác bao gồm chi phí sản xuất thấp, thiết kế đơn giản hơn và thực hiện không phức tạp. Phiên bản DCM hiện tại thấp của bộ chuyển đổi flyback bao gồm đặc điểm kỹ thuật đầu ra thấp hơn 50 watt được sử dụng rộng rãi hơn so với các đối tác hiện tại cao hơn.

Hãy cùng tìm hiểu chi tiết với lời giải thích toàn diện qua các đoạn văn sau:

Hướng dẫn thiết kế toàn diện cho Bộ chuyển đổi Flyback DCM tần số cố định ngoại tuyến

Phương thức hoạt động Flyback: DCM và CCM

Dưới đây chúng ta thấy thiết kế sơ đồ cơ bản của một bộ chuyển đổi flyback. Các phần chính trong thiết kế này là máy biến áp, bộ chuyển mạch nguồn Q1 ở phía sơ cấp, bộ chỉnh lưu cầu ở phía thứ cấp D1, a tụ lọc để làm mịn đầu ra từ D1 và giai đoạn điều khiển PWM có thể là mạch điều khiển bằng IC.

Loại thiết kế flyback này có thể có hoạt động CCM (chế độ dẫn liên tục) hoặc DCM (chế độ dẫn không liên tục) dựa trên cách cấu hình nguồn điện MOSFET T1.

Về cơ bản, ở chế độ DCM, chúng ta có toàn bộ năng lượng điện được lưu trữ trong sơ cấp của máy biến áp được chuyển qua phía thứ cấp mỗi khi MOSFET được TẮT trong các chu kỳ chuyển đổi của nó (còn gọi là chu kỳ quay ngược), dẫn đến dòng điện phía sơ cấp đạt đến điện thế bằng không trước khi T1 có thể BẬT lại trong chu kỳ chuyển mạch tiếp theo của nó.

Trong chế độ CCM, năng lượng điện được lưu trữ trong sơ cấp không có cơ hội được truyền hoặc cảm ứng hoàn toàn qua thứ cấp.

Điều này là do, mỗi xung chuyển đổi tiếp theo từ bộ điều khiển PWM sẽ BẬT T1 trước khi máy biến áp chuyển toàn bộ năng lượng tích trữ của nó sang tải. Điều này ngụ ý rằng dòng phản hồi (ILPK và ISEC) không bao giờ được phép đạt đến điện thế bằng không trong mỗi chu kỳ chuyển mạch.

Chúng ta có thể chứng kiến ​​sự khác biệt giữa hai chế độ hoạt động trong sơ đồ sau đây thông qua các dạng sóng dòng điện qua phần sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp.

Cả hai chế độ DCM và CCM đều có những ưu điểm cụ thể, có thể rút ra bài học từ bảng sau:

So với CCM, mạch chế độ DCM yêu cầu mức dòng điện đỉnh cao hơn để đảm bảo công suất tối ưu trên phía thứ cấp của máy biến áp. Điều này đến lượt nó yêu cầu mặt chính được đánh giá ở dòng RMS cao hơn, có nghĩa là MOSFET cần được đánh giá ở dải cao hơn được chỉ định.

Trong trường hợp thiết kế được yêu cầu xây dựng với phạm vi hạn chế của dòng điện đầu vào và các thành phần, thì thường chọn chế độ CCM fyback, cho phép thiết kế sử dụng tụ lọc tương đối nhỏ hơn và giảm tổn thất dẫn trên MOSFET và máy biến áp).

CCM trở nên thuận lợi cho các điều kiện mà điện áp đầu vào thấp hơn, trong khi dòng điện cao hơn (trên 6 ampe), các thiết kế có thể được đánh giá là hoạt động tốt hơn Công suất 50 watt , ngoại trừ đầu ra ở 5V, trong đó thông số công suất có thể thấp hơn 50 watt.

Hình ảnh trên chỉ ra phản ứng hiện tại ở phía chính của các chế độ quay lại và mối quan hệ tương ứng giữa các dạng sóng hình tam giác và hình thang của chúng.

IA trên dạng sóng tam giác cho biết điểm khởi tạo tối thiểu có thể được coi là không, ở đầu giai đoạn BẬT công tắc của MOSFET và cũng là mức đỉnh dòng cao hơn liên tục trong cuộn sơ cấp của máy biến áp tại thời điểm cho đến khi MOSFET được BẬT trở lại, trong khi chế độ CCM hoạt động.

IB có thể được coi là điểm kết thúc của cường độ hiện tại trong khi mosfet công tắc được BẬT (khoảng Tấn).

Giá trị dòng điện chuẩn hóa IRMS có thể được coi là hàm của hệ số K (IA / IB) trên trục Y.

Điều này có thể được sử dụng làm hệ số nhân bất cứ khi nào tổn thất điện trở cần được tính toán cho một số dạng sóng khác nhau liên quan đến dạng sóng hình thang có dạng sóng phẳng phía trên.

Điều này cũng chứng tỏ tổn thất dẫn điện một chiều không thể tránh khỏi của cuộn dây máy biến áp và các bóng bán dẫn hoặc điốt như một hàm dạng sóng hiện tại. Sử dụng những lời khuyên này, nhà thiết kế sẽ có thể ngăn ngừa tổn thất dẫn điện từ 10 đến 15% với thiết kế bộ biến đổi được tính toán tốt như vậy.

Việc xem xét các tiêu chí trên có thể trở nên quan trọng đáng kể đối với các ứng dụng được thiết kế để xử lý dòng RMS cao và đòi hỏi hiệu quả tối ưu như các tính năng chính.

Có thể loại bỏ các tổn thất đồng phụ trội, mặc dù điều đó có thể đòi hỏi một kích thước lõi để cung cấp cho khu vực cửa sổ quanh co lớn hơn cần thiết, trái ngược với các tình huống mà chỉ các thông số kỹ thuật cốt lõi trở nên quan trọng.

Như chúng ta đã hiểu cho đến nay, chế độ hoạt động DCM cho phép sử dụng máy biến áp có kích thước thấp hơn, có phản ứng thoáng qua lớn hơn và hoạt động với tổn thất chuyển mạch tối thiểu.

Do đó, chế độ này rất được khuyến khích cho các mạch flyback được chỉ định cho điện áp đầu ra cao hơn với yêu cầu ampe tương đối thấp hơn.

Mặc dù có thể thiết kế một bộ chuyển đổi flyback để hoạt động với các chế độ DCM cũng như CCM, nhưng cần phải nhớ một điều rằng trong quá trình chuyển đổi từ chế độ DCM sang CCM, chức năng chuyển đổi này chuyển đổi thành hoạt động 2 cực, dẫn đến mức thấp trở kháng cho bộ chuyển đổi.

Tình huống này làm cho nó trở nên cần thiết để kết hợp các chiến lược thiết kế bổ sung, bao gồm các vòng lặp khác nhau (phản hồi) và bù độ dốc đối với hệ thống vòng lặp hiện tại bên trong. Thực tế, điều này ngụ ý rằng chúng ta phải đảm bảo rằng bộ chuyển đổi được thiết kế chủ yếu cho chế độ CCM, nhưng vẫn có thể hoạt động với chế độ DCM khi tải nhẹ hơn được sử dụng ở đầu ra.

Có thể thú vị khi biết rằng bằng cách sử dụng các mô hình máy biến áp tiên tiến, có thể cải tiến bộ chuyển đổi CCM thông qua việc điều chỉnh tải sạch hơn và nhẹ hơn, cũng như điều chỉnh chéo cao trên một loạt các tải thông qua máy biến áp có khoảng cách bậc.

Trong những trường hợp như vậy, một khe hở lõi nhỏ được thực thi bằng cách chèn một phần tử bên ngoài như băng cách điện hoặc giấy, để tạo ra điện cảm cao ban đầu và cũng cho phép hoạt động CCM với tải nhẹ hơn. Chúng ta sẽ thảo luận về công phu này vào một số bài viết tiếp theo của tôi.

Có đặc điểm chế độ DCM linh hoạt như vậy, không ngạc nhiên khi đây trở thành lựa chọn phổ biến bất cứ khi nào cần thiết kế một SMPS đơn giản, hiệu quả và ít rắc rối.

Trong phần sau, chúng ta sẽ tìm hiểu hướng dẫn từng bước liên quan đến cách thiết kế bộ chuyển đổi chế độ DCM.

Phương trình thiết kế Flyback DCM và Yêu cầu về Quyết định Tuần tự

Bước 1:
Đánh giá và ước tính các yêu cầu thiết kế của bạn. Tất cả Thiết kế SMPS phải bắt đầu bằng việc đánh giá và xác định các thông số kỹ thuật của hệ thống. Bạn sẽ cần xác định và phân bổ các tham số sau:

Chúng tôi biết rằng thông số hiệu quả là thông số quan trọng cần được quyết định đầu tiên, cách dễ nhất là đặt mục tiêu khoảng 75% đến 80%, ngay cả khi thiết kế của bạn là thiết kế chi phí thấp. Tần số chuyển mạch được biểu thị là

Fsw thường phải được thỏa hiệp trong khi tận dụng tối đa kích thước máy biến áp và tổn thất phát sinh do chuyển mạch và EMI. Điều đó có nghĩa là người ta có thể cần quyết định tần số chuyển mạch ít nhất là dưới 150kHz. Thông thường, điều này có thể được chọn giữa dải tần 50kHz và 100kHz.

Hơn nữa, trong trường hợp cần có nhiều hơn một đầu ra cho thiết kế, giá trị công suất tối đa Pout sẽ cần được điều chỉnh như giá trị kết hợp của hai đầu ra.

Bạn có thể thấy thú vị khi biết rằng cho đến thời điểm gần đây, các thiết kế SMPS thông thường phổ biến nhất được sử dụng để có mosfet và Bộ điều khiển chuyển mạch PWM là hai giai đoạn tách biệt khác nhau, được tích hợp với nhau qua một bố cục PCB, nhưng ngày nay trong các thiết bị SMPS hiện đại, hai giai đoạn này có thể được nhúng bên trong một gói và được sản xuất dưới dạng IC đơn.

Về cơ bản, các thông số thường được xem xét khi thiết kế bộ chuyển đổi flyback SMPS là 1) Ứng dụng hoặc thông số kỹ thuật của tải, 2) Chi phí 3) Nguồn điện dự phòng và 4) Các tính năng bảo vệ bổ sung.

Khi sử dụng IC nhúng, mọi thứ thường trở nên dễ dàng hơn rất nhiều, vì nó chỉ yêu cầu máy biến áp và một vài thành phần thụ động bên ngoài được tính toán để thiết kế một bộ chuyển đổi flyback tối ưu.

Hãy cùng tìm hiểu chi tiết về các tính toán liên quan để thiết kế một SMPS flaback.

Tính toán Cin của tụ điện đầu vào và Dải điện áp DC đầu vào

Tùy thuộc vào điện áp đầu vào và thông số kỹ thuật nguồn, quy tắc tiêu chuẩn để chọn Cin, còn được gọi là tụ điện liên kết DC có thể được học từ các giải thích sau:

Để đảm bảo phạm vi hoạt động rộng, giá trị 2uF trên watt hoặc cao hơn có thể được chọn cho tụ điện liên kết DC, điều này sẽ cho phép bạn có phạm vi chất lượng tốt cho thành phần này.

Tiếp theo, có thể yêu cầu xác định điện áp đầu vào DC tối thiểu có thể nhận được bằng cách giải:

Trường hợp phóng điện trở thành tỷ lệ làm việc của tụ điện liên kết DC, có thể xấp xỉ 0,2

Trong hình trên chúng ta có thể hình dung điện áp tụ điện liên kết DC. Như được minh họa, điện áp đầu vào phát sinh trong thời gian công suất đầu ra tối đa và điện áp AC đầu vào tối thiểu, trong khi điện áp đầu vào DC tối đa phát sinh trong công suất đầu vào tối thiểu (không có tải) và trong điện áp AC đầu vào tối đa.

Trong điều kiện không tải, chúng ta có thể thấy điện áp đầu vào DC tối đa, trong đó tụ điện sạc ở mức cao nhất của điện áp đầu vào AC và các giá trị này có thể được biểu thị bằng công thức sau:

Bước 3:

Đánh giá VR điện áp cảm ứng Flyback và ứng suất điện áp tối đa trên MOSFET VDS. VR điện áp cảm ứng Flyback có thể được hiểu là điện áp được cảm ứng trên phía sơ cấp của máy biến áp khi mosfet Q1 ở trạng thái TẮT chuyển mạch.

Đến lượt nó, chức năng trên tác động đến xếp hạng VDS tối đa của mosfet, có thể được xác nhận và xác định bằng cách giải phương trình sau:

Trong đó, Vspike là điện áp tăng đột biến được tạo ra do điện cảm rò biến áp.

Để bắt đầu, có thể lấy 30% Vspike trong số VDSmax.

Danh sách sau đây cho chúng ta biết mức điện áp phản xạ hoặc điện áp cảm ứng có thể được khuyến nghị cho MOSFET định mức 650V đến 800V và có giá trị giới hạn ban đầu VR thấp hơn 100V đối với dải điện áp đầu vào dự kiến.

Chọn VR phù hợp có thể là một món hời giữa mức độ căng điện áp trên bộ chỉnh lưu thứ cấp và các thông số kỹ thuật của mosfet bên sơ cấp.

Nếu VR được chọn rất cao thông qua tỷ lệ rẽ tăng, sẽ làm tăng VDSmax lớn hơn, nhưng mức ứng suất điện áp thấp hơn trên diode phía thứ cấp.

Và nếu VR được chọn quá nhỏ thông qua tỷ lệ rẽ nhỏ hơn, sẽ làm cho VDSmax nhỏ hơn, nhưng sẽ dẫn đến tăng mức ứng suất trên diode thứ cấp.

VDSmax phía sơ cấp lớn hơn sẽ không chỉ đảm bảo mức ứng suất thấp hơn trên diode phía thứ cấp và giảm dòng điện sơ cấp, mà còn cho phép thực hiện một thiết kế hiệu quả về chi phí.

Flyback với Chế độ DCM

Cách tính Dmax tùy thuộc vào Vreflected và Vinmin

Có thể mong đợi một chu kỳ nhiệm vụ tối đa ở các trường hợp của VDCmin. Đối với tình huống này, chúng tôi có thể thiết kế máy biến áp dọc theo các ngưỡng của DCM và CCM. Trong trường hợp này, chu kỳ nhiệm vụ có thể được trình bày như sau:

Bước 4:

Cách tính dòng điện cảm chính

Trong bước này, chúng tôi sẽ tính toán điện cảm sơ cấp và dòng điện đỉnh sơ cấp.

Các công thức sau có thể được sử dụng để xác định dòng điện đỉnh sơ cấp:

Khi đạt được những điều trên, chúng ta có thể tiếp tục và tính toán điện cảm chính bằng công thức sau, trong giới hạn chu kỳ nhiệm vụ tối đa.

Cần phải cẩn thận đối với flyback, nó không được chuyển sang chế độ CCM do bất kỳ dạng điều kiện tải nào vượt quá, và đối với thông số công suất tối đa này cần được xem xét khi tính Poutmax trong Công thức # 5. Điều kiện đã đề cập cũng có thể xảy ra trong trường hợp độ tự cảm tăng quá giá trị Lprimax, vì vậy hãy lưu ý những điều này.

Bước 5 :

Cách Chọn Lớp và Kích thước Lõi Tối ưu:

Nó có thể trông khá đáng sợ khi chọn cấu trúc và đặc điểm kỹ thuật cốt lõi phù hợp nếu bạn đang thiết kế flyback lần đầu tiên. Vì điều này có thể liên quan đến một số lượng đáng kể các yếu tố và biến số cần được xem xét. Một vài trong số này có thể rất quan trọng là hình dạng lõi (ví dụ lõi EE / lõi RM / lõi PQ, v.v.), kích thước lõi (ví dụ: EE19, RM8 PQ20, v.v.) và vật liệu lõi (ví dụ: 3C96. TP4, 3F3 Vân vân).

Nếu bạn không biết về cách tiếp tục với các thông số kỹ thuật ở trên, một cách hiệu quả để khắc phục sự cố này có thể là tham khảo hướng dẫn lựa chọn lõi tiêu chuẩn của nhà sản xuất cốt lõi hoặc bạn cũng có thể tham khảo bảng sau, bảng này cung cấp cho bạn các kích thước lõi tiêu chuẩn trong khi thiết kế flyback DCM 65kHz, có tham chiếu đến công suất đầu ra.

Khi bạn đã hoàn tất việc lựa chọn kích thước lõi, đã đến lúc chọn suốt chỉ chính xác, có thể được lấy theo biểu dữ liệu lõi. Các đặc tính bổ sung của suốt chỉ như số chân, giá đỡ PCB hoặc SMD, vị trí ngang hoặc dọc, tất cả những điều này cũng có thể cần được coi là thiết kế ưu tiên

Vật liệu làm lõi cũng rất quan trọng và phải được lựa chọn dựa trên tần số, mật độ từ thông và tổn hao lõi.

Để bắt đầu, bạn có thể thử các biến thể với tên 3F3, 3C96 hoặc TP4A, hãy nhớ tên của vật liệu lõi có sẵn có thể khác nhau đối với các loại giống nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất cụ thể.

Cách tính số vòng quay hoặc vòng tua chính tối thiểu

Kỳ hạn ở đâu Bmax biểu thị mật độ từ thông tối đa hoạt động, Lpri cho bạn biết về điện cảm chính, Ipri trở thành dòng điện đỉnh chính, trong khi Ae xác định diện tích mặt cắt ngang của loại lõi đã chọn.

Cần phải nhớ rằng Bmax không bao giờ được phép vượt quá mật độ thông lượng bão hòa (Bsat) như được chỉ định trong biểu dữ liệu của vật liệu lõi. Bạn có thể tìm thấy sự khác biệt nhỏ trong Bsat cho lõi ferit tùy thuộc vào thông số kỹ thuật như loại vật liệu và nhiệt độ, tuy nhiên phần lớn trong số này sẽ có giá trị gần 400mT.

Nếu bạn không tìm thấy dữ liệu tham khảo chi tiết, bạn có thể đi với Bmax là 300mT. Mặc dù việc chọn Bmax cao hơn có thể giúp giảm số vòng dây sơ cấp và độ dẫn điện thấp hơn, nhưng tổn thất lõi có thể tăng lên đáng kể. Cố gắng tối ưu hóa giữa các giá trị của các thông số này, sao cho tổn hao lõi và suy hao đồng đều được giữ trong giới hạn chấp nhận được.

Bước 6:

Cách tính số vòng cho đầu ra phụ chính (Ns) và các đầu ra phụ khác (Naux)

Để mà xác định lượt thứ cấp trước tiên chúng ta cần tìm tỷ lệ rẽ (n), có thể được tính bằng công thức sau:

Trong đó Np là số vòng sơ cấp và Ns là số vòng thứ cấp, Vout biểu thị điện áp đầu ra và VD cho chúng ta biết liên quan đến điện áp rơi trên diode thứ cấp.

Để tính số lượt cho các đầu ra phụ cho giá trị Vcc mong muốn, có thể sử dụng công thức sau:

Một cuộn dây phụ trở nên quan trọng trong tất cả các bộ chuyển đổi flyback để cung cấp nguồn cung cấp khởi động ban đầu cho IC điều khiển. Nguồn cung cấp VCC này thường được sử dụng để cấp nguồn cho IC chuyển mạch ở phía sơ cấp và có thể được cố định theo giá trị được đưa ra trong biểu dữ liệu của IC. Nếu phép tính cho một giá trị không phải số nguyên, chỉ cần làm tròn giá trị đó bằng cách sử dụng giá trị số nguyên phía trên ngay trên số không phải số nguyên này.

Cách tính kích thước dây cho cuộn dây đầu ra đã chọn

Để tính toán chính xác kích thước dây cho một số cuộn dây, trước tiên chúng ta cần tìm hiểu thông số dòng điện RMS cho từng cuộn dây.

Nó có thể được thực hiện với các công thức sau:

Như một điểm khởi đầu, mật độ dòng điện từ 150 đến 400 mil tròn trên một Ampe, có thể được sử dụng để xác định thước đo của dây. Bảng sau đây cho thấy tài liệu tham khảo để chọn dây đo thích hợp sử dụng 200M / A, theo giá trị dòng điện RMS. Nó cũng hiển thị cho bạn đường kính của dây và cách điện cơ bản cho một loại thước đo các loại dây đồng siêu tráng men.

Bước 8:

Xem xét cấu tạo của máy biến áp và thiết kế cuộn dây Lặp lại

Sau khi bạn xác định xong các thông số máy biến áp đã thảo luận ở trên, điều quan trọng là phải đánh giá cách lắp kích thước dây và số vòng dây trong kích thước lõi máy biến áp được tính toán và suốt chỉ định. Để đạt được điều này một cách tối ưu, bạn có thể phải thực hiện một số lần lặp lại hoặc thử nghiệm để tối ưu hóa đặc điểm kỹ thuật cốt lõi có tham chiếu đến đồng hồ đo dây và số vòng.

Hình dưới đây chỉ ra khu vực cuộn dây cho một Lõi EE . Với việc tham chiếu đến chiều dày dây được tính toán và số vòng của từng cuộn dây, có thể ước tính gần đúng liệu cuộn dây có phù hợp với diện tích cuộn dây có sẵn (w và h) hay không. Nếu cuộn dây không phù hợp thì một trong các thông số về số vòng, số đo dây hoặc kích thước lõi, hoặc nhiều hơn 1 thông số có thể yêu cầu một số tinh chỉnh cho đến khi cuộn dây phù hợp tối ưu.

Bố trí cuộn dây là rất quan trọng vì hiệu suất làm việc và độ tin cậy của máy biến áp, phụ thuộc đáng kể vào nó. Khuyến nghị sử dụng bố trí hoặc cấu trúc bánh sandwich cho cuộn dây để hạn chế rò rỉ điện cảm, như được chỉ ra trong Hình 5.

Ngoài ra, để đáp ứng và phù hợp với các quy tắc an toàn quốc tế, thiết kế phải có đủ phạm vi cách điện trên các lớp sơ cấp và thứ cấp của cuộn dây. Điều này có thể được đảm bảo bằng cách sử dụng cấu trúc quấn ngoài lề hoặc bằng cách sử dụng dây thứ cấp có xếp hạng dây cách điện ba lần, như thể hiện trong hình tương ứng sau

Sử dụng dây cách điện ba lớp cho cuộn thứ cấp trở thành lựa chọn dễ dàng hơn để nhanh chóng khẳng định luật an toàn quốc tế liên quan đến thiết kế flyback SMPS. Tuy nhiên, các dây được gia cố như vậy có thể có độ dày cao hơn một chút so với biến thể bình thường, buộc cuộn dây phải chiếm nhiều không gian hơn và có thể cần thêm nỗ lực để chứa trong suốt chỉ đã chọn.

Bước 9

Cách thiết kế mạch kẹp sơ cấp

Trong trình tự chuyển mạch, đối với các khoảng thời gian TẮT của mosfet, xung điện áp cao ở dạng điện cảm rò rỉ sẽ phải chịu qua cống / nguồn của mosfet, điều này có thể dẫn đến sự cố lở tuyết, cuối cùng làm hỏng mosfet.

Để chống lại điều này, một mạch kẹp thường được cấu hình trên cuộn sơ cấp, điều này ngay lập tức giới hạn xung đột tạo ra ở một số giá trị thấp hơn an toàn.

Bạn sẽ tìm thấy một vài thiết kế mạch kẹp có thể được kết hợp cho mục đích này như thể hiện trong hình sau.

Đó là kẹp RCD và kẹp Diode / Zener, trong đó tùy chọn thứ hai dễ cấu hình và triển khai hơn nhiều so với tùy chọn đầu tiên. Trong mạch kẹp này, chúng tôi sử dụng sự kết hợp của một điốt chỉnh lưu và một điốt Zener điện áp cao như TVS (bộ triệt điện áp quá độ) để kẹp xung đột biến.

Chức năng của Điốt Zener là cắt hoặc hạn chế hiệu quả điện áp tăng vọt cho đến khi điện áp rò rỉ được đóng hoàn toàn qua diode Zener. Ưu điểm của kẹp Zener diode là mạch chỉ kích hoạt và kẹp khi giá trị kết hợp của VR và Vspike vượt quá thông số sự cố của diode Zener và ngược lại, miễn là mức tăng đột biến dưới mức đánh thủng Zener hoặc mức an toàn, kẹp có thể hoàn toàn không kích hoạt, không cho phép tiêu hao điện năng không cần thiết.

Cách chọn Diode kẹp / Xếp hạng Zener

Nó luôn phải gấp đôi giá trị của điện áp phản xạ VR, hoặc điện áp tăng giả định.
Diode chỉnh lưu phải phục hồi cực nhanh hoặc loại diode schottky có định mức cao hơn điện áp liên kết DC tối đa.

Tùy chọn thay thế của kiểu kẹp RCD có nhược điểm là làm chậm dv / dt của MOSFET. Ở đây tham số điện trở của điện trở trở nên quan trọng trong khi hạn chế sự tăng đột biến điện áp. Nếu Rclamp giá trị thấp được chọn, nó sẽ cải thiện khả năng bảo vệ xung đột nhưng có thể làm tăng sự tiêu tán và lãng phí năng lượng. Ngược lại, nếu Rclamp có giá trị cao hơn được chọn, điều đó sẽ giúp giảm thiểu sự tiêu tán nhưng có thể không hiệu quả trong ngăn chặn các gai .

Tham khảo hình trên, để đảm bảo VR = Vspike, có thể sử dụng công thức sau

Trong đó Lleak biểu thị độ tự cảm của máy biến áp và có thể được tìm thấy bằng cách tạo ngắn mạch trên cuộn thứ cấp, hoặc cách khác, quy tắc giá trị ngón tay cái có thể được kết hợp bằng cách áp dụng 2 đến 4% giá trị điện cảm sơ cấp.

Trong trường hợp này, tụ điện Cclamp về cơ bản phải lớn để ngăn chặn sự gia tăng điện áp trong thời gian hấp thụ năng lượng rò rỉ.

Giá trị của Cclamp có thể được chọn trong khoảng từ 100pF đến 4,7nF, năng lượng tích trữ bên trong tụ điện này sẽ được Rclamp xả và làm mới một cách nhanh chóng trong chu kỳ chuyển mạch eacj.

Bước 10

Cách chọn Diode chỉnh lưu đầu ra

Điều này có thể được tính bằng công thức hiển thị ở trên.

Đảm bảo chọn các thông số kỹ thuật sao cho điện áp ngược tối đa hoặc VRRM của diode không nhỏ hơn 30% so với VRVdiode và cũng đảm bảo rằng thông số dòng thuận IF hoặc tuyết lở tối thiểu lớn hơn 50% so với IsecRMS. Tốt hơn là đi một diode schottky để giảm thiểu tổn thất dẫn điện.

Với mạch DCM, dòng điện đỉnh Flyback có thể cao, do đó hãy thử chọn một diode có điện áp chuyển tiếp thấp hơn và thông số dòng điện tương đối cao hơn, liên quan đến mức hiệu quả mong muốn.

Bước11

Cách chọn giá trị tụ điện đầu ra

Chọn một tụ điện đầu ra được tính toán chính xác trong khi thiết kế một flyback có thể cực kỳ quan trọng, bởi vì trong cấu trúc liên kết flyback, năng lượng cảm ứng được lưu trữ không có sẵn giữa diode và tụ điện, điều này có nghĩa là giá trị của tụ điện cần được tính toán bằng cách xem xét 3 tiêu chí quan trọng:

1) Điện dung
2) ESR
3) RMS hiện tại

Giá trị nhỏ nhất có thể có thể được xác định tùy thuộc vào chức năng của điện áp gợn sóng đầu ra tối đa có thể chấp nhận được và có thể được xác định thông qua công thức ghe sau:

Trong đó Ncp biểu thị số lượng xung đồng hồ phía sơ cấp được yêu cầu bởi phản hồi điều khiển để điều khiển nhiệm vụ từ các giá trị tối đa và tối thiểu được chỉ định. Điều này thường có thể yêu cầu khoảng 10 đến 20 chu kỳ chuyển đổi.
Iout đề cập đến dòng điện đầu ra tối đa (Iout = Poutmax / Vout).

Để xác định giá trị RMS lớn nhất cho tụ điện đầu ra, hãy sử dụng công thức sau:

Đối với tần số chuyển mạch cao được chỉ định của flyback, dòng điện cực đại từ phía thứ cấp của máy biến áp sẽ tạo ra điện áp gợn sóng cao tương ứng, được áp đặt trên ESR tương đương của tụ điện đầu ra. Xem xét điều này, phải đảm bảo rằng định mức ESRmax của tụ điện không vượt quá khả năng dòng gợn sóng chấp nhận được quy định của tụ điện.

Thiết kế cuối cùng về cơ bản có thể bao gồm định mức điện áp mong muốn và khả năng dòng điện gợn sóng của tụ điện, dựa trên tỷ lệ thực tế của điện áp đầu ra đã chọn và dòng điện của điện trở.

Đảm bảo rằng Giá trị ESR được xác định từ biểu dữ liệu dựa trên tần số cao hơn 1kHz, thường có thể được giả định là từ 10kHz đến 100kHz.

Sẽ rất thú vị khi lưu ý rằng một tụ điện đơn lẻ có thông số ESR thấp có thể đủ để kiểm soát gợn sóng đầu ra. Bạn có thể thử bao gồm một bộ lọc LC nhỏ cho dòng điện đỉnh cao hơn, đặc biệt nếu flyback được thiết kế để hoạt động với chế độ DCM, có thể đảm bảo kiểm soát điện áp gợn sóng hợp lý ở đầu ra.

Bước12

Cân nhắc quan trọng hơn nữa:

A) Cách chọn đánh giá điện áp và dòng điện, cho bộ chỉnh lưu cầu phía sơ cấp.

Nó có thể được thực hiện thông qua phương trình trên.

Trong công thức này PF là viết tắt của hệ số công suất của nguồn điện, chúng ta có thể áp dụng 0,5 trong trường hợp không thể sử dụng được tham chiếu thích hợp. Đối với bộ chỉnh lưu cầu, hãy chọn điốt hoặc mô-đun có định mức amp chuyển tiếp gấp 2 lần IACRMS. Đối với định mức điện áp, nó có thể được chọn ở 600V cho đặc điểm kỹ thuật đầu vào AC tối đa 400V.

B) Cách chọn điện trở cảm nhận hiện tại (Rsense):

Nó có thể được tính bằng phương trình sau. Điện trở cảm biến Rsense được kết hợp để giải thích công suất tối đa ở đầu ra của flyback. Giá trị Vcsth có thể được xác định bằng cách tham khảo biểu dữ liệu IC điều khiển, Ip (max) biểu thị dòng điện chính.

C) Chọn VCC của tụ điện:

Một tối ưu giá trị điện dung là rất quan trọng để tụ điện đầu vào hiển thị thời gian khởi động thích hợp. Thông thường, bất kỳ giá trị nào từ 22uF đến 47uF đều hoạt động tốt. Tuy nhiên, nếu điều này được chọn thấp hơn nhiều có thể dẫn đến việc kích hoạt 'khóa điện áp dưới' trên IC điều khiển, trước khi Vcc có thể phát triển bởi bộ chuyển đổi. Ngược lại, giá trị điện dung lớn hơn có thể dẫn đến thời gian khởi động của bộ chuyển đổi bị trễ không mong muốn.

Ngoài ra, hãy đảm bảo rằng tụ điện này có chất lượng tốt nhất, có thông số kỹ thuật dòng điện gợn và ESR rất tốt, ngang bằng với đầu ra thông số kỹ thuật tụ điện . Chúng tôi đặc biệt khuyên bạn nên kết nối một tụ điện khác có giá trị nhỏ hơn theo thứ tự 100nF, song song với tụ điện đã thảo luận ở trên và càng gần sơ đồ chân Vcc / nối đất của IC điều khiển càng tốt.

D) Định cấu hình Vòng lặp phản hồi:

Việc bù vòng phản hồi trở nên quan trọng để ngăn chặn sự tạo ra dao động. Việc định cấu hình bù vòng lặp đối với chế độ DCM flyback có thể đơn giản hơn so với CCM, do không có 'điểm không nửa mặt phẳng bên phải' trong giai đoạn nguồn và do đó không cần bù.

Như đã chỉ ra trong hình trên, RC đơn giản (Rcomp, Ccomp) chủ yếu trở nên vừa đủ để duy trì sự ổn định tốt trên toàn bộ vòng lặp. Nói chung, giá trị Rcomp có thể được chọn bất kỳ thứ gì trong khoảng 1K đến 20K, trong khi Ccomp có thể nằm trong phạm vi 100nF và 470pF.

Phần này kết thúc cuộc thảo luận công phu của chúng tôi về cách thiết kế và tính toán một bộ chuyển đổi flyback, nếu bạn có bất kỳ đề xuất hoặc câu hỏi nào, bạn có thể nêu chúng trong hộp bình luận sau, câu hỏi của bạn sẽ được trả lời càng sớm càng tốt.

Lịch sự: Infineon