Principes de base et méthodes de travail de l'alimentation à découpage flyback

Principes de base et méthodes de travail de l'alimentation à découpage flyback

Principes de base et méthodes de travail

Fondamental

Lorsque le transistor Trton est commuté, le primaire Np du transformateur a un courant Ip et y stocke de l'énergie (E=LpIp/2). Puisque Np et Ns ont des polarités opposées, la diode D est polarisée en inverse et coupée à ce moment, et aucune énergie n'est transférée à la charge. Lors de la commutation de Troff, selon la loi de Lenz : (e=-N△Φ/△T), l'enroulement primaire du transformateur générera un potentiel inverse. À ce moment-là, la diode D est conductrice et la charge est parcourue par un courant IL. Forme d'onde en régime permanent du convertisseur flyback

La taille du temps de conduction ton déterminera l’amplitude de Ip et Vce :

Vcemax=VIN/1-Dmax

VIN : tension continue d'entrée ; Dmax : cycle de travail maximum

Dmax=tonnes/T

On peut voir que pour obtenir une faible tension de collecteur, Dmax doit être maintenu faible, c'est-à-dire Dmax<0.5. In practical applications, Dmax=0.4 is usually taken to limit Vcemax≦2.2VIN.

Le courant de fonctionnement du collecteur Ie lors de la commutation du tube Tron, c'est-à-dire le courant de crête primaire Ip est : Ic=Ip=IL/n. Parce que IL=Io, lorsque Io est constant, la taille du rapport de spires n détermine la taille de Ic , la formule ci-dessus est dérivée sur la base du principe de conservation de l'énergie et le nombre d'ampères-tours primaire et secondaire est égal à NpIp=NsI. Ip peut également être exprimé par la méthode suivante :

Ic=Ip=2po/(η*VIN*Dmax)η : efficacité du convertisseur

La formule est dérivée comme suit :

Puissance de sortie :po=LIp2η/2T

Tension d'entrée : VIN=Ldi/dt, en supposant di=Ip et 1/dt=f/Dmax, puis :

VIN=LIpf/Dmax ou Lp=VIN*Dmax/Ipf

Alors po peut s’exprimer sous la forme :

po=ηVINfDmaxIp2/2fIp=1/2ηVINDmaxIp

∴Ip=2po/ηVINDmax

Dans la formule ci-dessus :

VIN : tension d'entrée CC minimale (V)

Dmax : cycle de service de conduction maximal

Lp : Inductance primaire du transformateur (mH)

Ip : courant de crête côté primaire du transformateur (A)

f : fréquence de conversion (KHZ)

Manière de travailler

Les transformateurs Flyback fonctionnent généralement selon deux modes :
1. Mode discontinu du courant inducteur DCM (DiscontinuousInductorCurrentMode) ou « conversion complète d'énergie » : toute l'énergie stockée dans le transformateur en tonnes est transférée à la sortie pendant la période de flyback (toff).

2. Mode continu du courant inducteur CCM (ContinuousInductorCurrentMode) ou « conversion d'énergie incomplète » : une partie de l'énergie stockée dans le transformateur est retenue en fin de toff jusqu'au début du cycle de tonne suivant.

DCM et CCM sont très différents en termes de fonctions de transfert de petits signaux. Leurs formes d'onde sont illustrées à la figure 3. En fait, lorsque la tension d'entrée du convertisseur VIN change dans une large plage, ou que le courant de charge IL change dans une large plage When , il doit couvrir deux modes de fonctionnement. Par conséquent, le convertisseur flyback doit fonctionner de manière stable dans DCM/CCM. Mais c’est plus difficile à concevoir. Habituellement, nous pouvons utiliser l'état critique DCM/CCM comme base de conception. Couplé au contrôle du mode actuel pWM. Cette méthode peut résoudre efficacement divers problèmes du DCM, mais elle n’élimine pas le problème d’instabilité inhérent au circuit du CCM. Le CCM peut être résolu en ajustant le gain de la boucle de contrôle pour séparer la bande basse fréquence et réduire la vitesse de réponse transitoire. L'instabilité est provoquée par le "zéro demi-plan droit" de la fonction de transfert.

DCM et CCM sont très différents en termes de fonctions de transfert de petits signaux.

Diagramme de forme d'onde de courant primaire et secondaire DCM/CCM

En fait, lorsque la tension d'entrée du convertisseur VIN change dans une large plage, ou que le courant de charge IL change dans une large plage, il doit couvrir deux modes de fonctionnement. Par conséquent, le convertisseur flyback nécessite DCM/CCM. Les deux peuvent fonctionner de manière stable. Mais c’est plus difficile à concevoir. Habituellement, nous pouvons utiliser l'état critique DCM/CCM comme base de conception et utiliser le contrôle du mode actuel pWM. Cette méthode peut résoudre efficacement divers problèmes dans le DCM, mais il n'y a pas de problème d'instabilité inhérent au circuit pendant le CCM. L'instabilité provoquée par le « point zéro du demi-plan droit » de la fonction de transfert dans CCM peut être résolue en ajustant le gain de la boucle de contrôle pour séparer la bande basse fréquence et réduire la vitesse de réponse transitoire.

Dans un état stable, la variation de l'incrément du flux magnétique ΔΦ à la tonne doit être égale à la variation à "toff", sinon le noyau magnétique sera saturé.

donc,

ΔΦ=VINton/Np=Vs*toff/Ns

C'est-à-dire que la valeur volts/seconde de chaque tour de l'enroulement primaire du transformateur doit être égale à la valeur volts/seconde de chaque tour de l'enroulement secondaire.

En comparant les formes d'onde de courant du DCM et du CCM sur la figure 3, nous pouvons savoir que pendant la période Trton dans l'état DCM, l'ensemble de la forme d'onde de transfert d'énergie a un courant de crête primaire plus élevé. En effet, la valeur de l'inductance primaire Lp est relativement faible, ce qui rend Ip fortement. L'effet négatif provoqué par l'augmentation est d'augmenter la perte d'enroulement (perte d'enroulement) et le courant d'ondulation du condensateur de filtre d'entrée, ce qui nécessite que le transistor de commutation ait un capacité de charge de courant élevée afin de travailler en toute sécurité.

Dans l'état CCM, le courant de crête du côté primaire est faible, mais le cristal de commutation a une valeur de courant de collecteur élevée à l'état tonne. Cela entraîne une consommation d'énergie élevée du cristal de commutation. Dans le même temps, pour atteindre le CCM, une tension primaire plus élevée du transformateur est requise. La valeur de l'inductance latérale Lp et l'énergie résiduelle stockée dans le noyau du transformateur nécessitent que le volume du transformateur soit supérieur à celui du DCM, tandis que les autres coefficients sont égaux.

Pour résumer, la conception des transformateurs DCM et CCM est fondamentalement la même, à l'exception de la définition du courant de crête côté primaire (Ip=Imax-Imin en CCM).