Yenilikçi otomotiv tasarımında elektrik ve elektronik güç kaynaklarına olan talep şu şekilde özetlenebilir: Güç artışı, verimliliğin iyileştirilmesi, alan gereksinimlerinin azaltılması,ve güvenilirliği artırmakElektrikli araçlar (EV) için, verimlilik, kullanıcıların "menzil kaygısını" hafifletmede çok önemlidir.Yedek ve yardımcı güç kaynakları için kompakt ve hafif güç çözümleri sağlamamız gerekiyorDaha küçük güç kaynakları daha fazla zorluk getirir.Daha yakın mesafeli bileşenler arasındaki elektrik arızasını önlemek ve elektromanyetik müdahaleyi (EMI) azaltmak için daha büyük izolasyon yeteneklerine ihtiyaç dahil olmak üzere.
Flyback güç dönüştürücüleri, yardımcı güç üretimi, pil yönetimi ve kapı tahrik gücü de dahil olmak üzere çeşitli düşük güçlü elektrikli araç uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.Daha az bileşenli, böylece boyutu azaltır, güvenilirliği artırır ve maliyetleri düşürür.Tipik olarak yüksek gerilimli yalıtımı desteklemek için gerekli en büyük bileşenlerden biridir.
Bu makalede, flyback dönüştürücülerinin çalışma prensibi, parazitik indüktans ve kapasitansın etkileri ve bileşen boyutu ve sinyal izolasyonunun önemi tanıtılır.Bourns'ın geri dönüşü transformatörü tanıtıldı., ve birçok otomobil güç kaynağı probleminin nasıl çözülmesine yardımcı olduğunu açıkladı.
Flyback dönüştürücü
Flyback dönüştürücüünün çekirdeği, dönüştürücü devresinin birincil ve ikincil tarafları arasında güç aktarımı ve izolasyonu sağlayan bir flyback transformatördür (Şekil 1, üst).Dönüştürücü flyback transformatör konfigürasyonuna göre DC güç kaynağı voltajı artırabilir veya buckFlyback transformatörüne ek olarak, devre ayrıca birincil bir yan anahtar (SW) (genellikle MOSFET) ve ikincil bir düzleyici / filtre gerektirir.
Flyback dönüştürücü temel bileşenlerinin basitleştirilmiş şematik diyagramı
Şekil 1: Uçuş dönüştürücülerinin temel bileşenlerinin (üst şekil) ve önemli çalışma dalga biçimlerinin (alt şekil) basitleştirilmiş bir şematik diyagramı gösterilmiştir. (Süret kaynağı: Bourns Inc.)
Vgs'yi yüksek seviye durumuna yerleştirerek (Şekil 1, alt), SW açıldığında görev döngüsü başlar.Endüktörler akımdaki anlık değişikliklere karşı koyabilir ve uygulanan adım voltajını entegre edebilirBu, bir ramp fonksiyonu yaratır, burada birincil induktansa etkisi nedeniyle flyback transformatörünün birincil sargısındaki akım doğrusal olarak artar.Düzlendirici diyotun ters kayması nedeniyle (D), transformatörün ikincil alanında akım yoktur. Flyback transformatörünün çekirdeğindeki hava boşluğu, transformatör manyetik alanı arttığında doygunluğu önleyebilir.
Anahtar kapatıldığında (Vgs'yi düşük bir duruma getirerek), transformatörün manyetik alanında depolanan enerji ileri tarafsız diyot aracılığıyla ikincilyeye aktarılır.çıkış kondansatörünü şarj etmek (C2)İkincil akım, manyetik alan enerjisi tükenene veya düğme yeniden açılana kadar doğrusal olarak azalır ve bir sonraki döngü başlar.
Doğrusal güç kaynağındaki bir transformatör gibi tipik bir transformatör, enerjiyi birincil sargıdan ikincil sargıya sürekli olarak aktarır.Bir flyback transformatörün çalışma prensibi daha çok bir çift çiftli indüktörlere benzer, çünkü çalışma döngüsü boyunca sürekli olarak enerji aktarmaz.Çıktı voltajı ayrıca birincil ve ikincil sargılar arasındaki dönüş oranını değiştirerek ayarlanabilir.Flyback transformatörü ayrıca birincil ve ikincil sargılar arasındaki elektrik yalıtımını sağlar.Değiştiricinin birden fazla voltaj çıkarabilmesini sağlar.
Flyback dönüştürücülerinin parazitik etkileri
Tipik bir elektronik devre olarak, flyback dönüştürücüler parazitik indüktans ve kapasitanstan etkilenir (Şekil 2).
Flyback dönüştürücüsünün şema resmi
Şekil 2: Flyback dönüştürücüsünün şematik diyagramı gösterilmiştir, kırmızı renkte vurgulanan parazit kapasitans ve dönüştürücü bileşenleriyle ilgili endüktans gösterilmiştir. (Süret kaynağı: Bourns Inc.)
Mıknatıslandırılmış endüktansa (Lm), geri dönüşüm transformatörlerinin enerji depolamasını belirleyen ana endüktif özelliğidir.Ayrıca, parazit sıçrama indüktansı (Llk) anahtarlarla dizi ile bağlantılıdır.Ana akım kesildiğinde, ana akımı korumaya ve anahtarın üzerindeki voltajı artırmaya çalışacaktır.Çoğu flyback dönüştürücü, anahtarları bu tür geçici voltajların etkilerinden korumak için sıkıştırma devreleri veya tampon devreleri kullanırBu etki aynı zamanda manyetik alan radyasyonunu artıracak ve elektromanyetik müdahaleyi etkileyecektir.
Transformör tasarımcıları sızıntı enduktansını en aza indirmek için her türlü çabayı göstereceklerdir.sargılar arasındaki mesafeyi en aza indirmek ve onları aşamalı bir şekilde düzenlemek gerekir.
Dağıtılmış kapasitans, birincil kapasitans (Cp), sarma kapasitans (Cps), ikincil kapasitans (Cs), alan etkisi transistörü çıkış kapasitansı (Co),ve ikincil diyot kapasitansı (Cd)Bu kondansatörler endüktörlerle etkileşime girerek, dönüştürücü sinyal dalga biçiminin bütünlüğünü azaltır (Şekil 3).
Kondensatörler ve indüktörler gibi parazit bileşenlerin anahtar dalga formlarına etkisinin şematik diyagramı (büyütmek için tıklayın)
Şekil 3: Kondensatörler ve indüktörler gibi parazit bileşenlerin geçiş dalga şekli üzerindeki etkisi gösterilmiştir (Süret kaynağı: Bourns Inc.)
Değiştirme dalga şekli, tercih edilen şekilde aşılmadan veya aşılmadan dikdörtgen bir darbelerdir.Bu dikdörtgen nabızın hızlı dönüşüm süresi, akım artışlarından önce voltaj dalga biçiminin sıfırda olmasını sağlar.Aslında, parazit kapasitans ve indüktansın etkileri dönüşüm süresini yavaşlatabilir ve aşmaya, aşmaya ve anlık salınmaya neden olabilir.sıfır dışı birincil voltaj ve akım dalga biçimlerinin örtüşmesi nedeniyle, daha yavaş yükseliş ve düşme süreleri, dönüştürücünün anahtarlama kayıplarını artıracaktır.Nabızın en üst kısmındaki önemli düşüş yük direnci ve manyetleştirme indüktansından kaynaklanır.
Flyback transformatörünü tasarlarken,Kendi kendine rezonans frekansını dönüştürücüün anahtarlama frekansından uzak tutmak ve anahtarla geri dönüştürücü arasındaki kabloyu mümkün olduğunca kısaltmak için çaba gösterilmelidir.Ek olarak, birbirine sarma kapasitansı, birincil sinyalin yüksek frekanslı bileşenlerini çıkışa bağlamak için bir yol sağlar.Sargılar arasındaki kapasitans ne kadar büyükseEn iyi performansı elde etmek için, tasarımda ödün verme yapılması gerekir.daha sıkı sarma bağlantısı sızıntı enduktansını azaltır ama aynı zamanda ara sarma kapasitesini arttırırBu, transformatör tasarımcılarının deneyiminin öneminin olduğu yerdir.
Büyüklüğünü azalt ve sinyalleri izole et
Otomobil uygulamalarında kullanılan bileşenler mümkün olduğunca küçük olmalıdır.Bileşenlerin fiziksel boyutları malzeme özellikleri ve bileşen işlevselliğinin fiziksel özellikleri ile belirlenir.Flyback transformatörleri için, iletken aralığı, standart sertifikasyon için gerekli olan en yüksek çalışma voltajına ve voltaj testine dayanmak için yeterli olmalıdır.Voltaj parçalanması ile ilgili temel özellikler boşluk ve sürünme mesafesidir (Şekil 4).