Elektronika Praktyczna, kwiecień 2012 - UlubionyKiosk

Przetwornica typuflyback krok po kroku (1)Projektowanie przetwornicy typuflyback za pomocą programu WebenchKrok po koroku Kursy EPTopologia flyback jest najczęściej wybieraną dla przetwornic odizolowanych galwanicznieod źródła zasilania, ponieważ umożliwia uzyskanie wielu napięć wyjściowychz użyciem tylko jednego tranzystora kluczującego i stosunkowo niewielkiej liczbykomponentów zewnętrznych. Jednak mimo nieskomplikowanej budowy przetworniceo topologii flyback mają pewne cechy szczególne, które mogą ograniczać zakresich zastosowań, jeśli nie zostaną zrozumiane i dogłębnie przeanalizowane przez konstruktora.Posługując się matematyką oraz programem Webench w paru artykułachodkryjemy tajemnice konstrukcyjne tych przetwornic oraz podamy porady umożliwiającewykonywanie optymalnych konstrukcji.Niektóre aplikacje wymagają zastosowania zasilacza,który zapewnia separację galwaniczną pomiędzywejściem a wyjściem oraz dostarcza wielu niezależnychnapięć. Dodatkowo, odseparowanie wejścia od wyjściamoże być wymagane przez normę bezpieczeństwa lubsłużyć do dopasowania impedancji odbiornika do źródła.Zasilacze z izolacją galwaniczną nie tylko chronią użytkownikówprzed napięciem lub prądem zagrażającymich życiu, ale również mają inne zalety. Źródła zasilaniaz izolacją „chronią” klasy pomiarowe przyrządów przerywającpętle uziemienia lub masy i pozwalają na łatweuzyskanie napięcia o polaryzacji dodatniej z zasilaniao polaryzacji ujemnej, prawie bez utraty właściwościoryginalnego źródła.Topologia flyback jest tradycyjnie wybierana przezkonstruktorów dla konwerterów z izolacją galwanicznąRysunek 1. Typowa przetwornica flyback pracującaw trybie przewodzeniao mocy wyjściowej poniżej 100 W. Taki zasilacz wymagatylko jednego komponentu magnetycznego (transformatora)i prostownika wyjściowego. Zaletami tego rozwiązaniasą jego prostota i niski koszt. Łatwo jest też dodawaćwyjścia napięciowe o różnych parametrach elektrycznych.Wadami topologii flyback są: potrzeba stosowaniana wyjściach napięciowych kondensatorów o dużej pojemności,duże prądy szczytowe płynące przez elementprzełączający (tranzystor MOSFET) i wyjściową diodęprostowniczą, spore wymiary rdzenia transformatoraoraz potencjalne problemy z kompatybilnością elektromagnetyczną.Topologia flyback wywodzi się z topologii buck-boosti niestety, dziedziczy po niej główne wady: energiaze źródła jest gromadzona tylko w stanie przewodzeniatranzystora kluczującego MOSFET. A później, po zatkaniutranzystora, energia z uzwojenia pierwotnego jestdostarczana do wyjścia. To jest unikalna cecha topologiiflyback oraz buck-boost (rysunek 1).Transformator w przetwornicy flyback nie pracujejak typowy transformator, w którym prądy w uzwojeniachpierwotnym i wtórnym płyną w tym samym czasiei tylko niewielka porcja energii jest przechowywanaprzez transformator. Transformator w przetwornicy flybackbardziej przypomina wiele cewek nawiniętych natym samym rdzeniu (i pracuje w taki sposób), niż typowytransformator prądu przemiennego. Przypomnijmyz podstaw elektrotechniki, że transformator idealny niemagazynuje energii i cała energia jest transmitowanaz uzwojenia pierwotnego do wtórnego.Transformator w przetwornicy flyback jest używanyjako urządzenie magazynujące energię. Ta energiajest przechowywana w szczelinie powietrznej lubw rozproszonych szczelinach powietrznych w rdzeniupermalojowym. Dlatego cewka transformatora używanegow przetwornicy flyback powinna być opracowanaw taki sposób, aby indukcyjność rozproszenia była jak80 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2012