Flyback Transformatörü Neden Gerçekten Transformatör Değildir?

Düşük maliyetli bir USB şarj cihazını veya bir LED sürücüyü açtığınızda genellikle orta kısmında küçük bir hava boşluğu olan küçük bir ferrit çekirdekli transformatör göreceksiniz. Normal bir transformatöre benziyor ancak öyle davranmıyor. Bir şebeke transformatörü, enerjiyi birincilden ikinciye gerçek zamanlı olarak aktarır: akım her iki sargıda da aynı anda akar. Geri dönüş "transformatörü" bunun tersini yapar: önce enerjiyi depolar, sonra serbest bırakır. Bu nedenle mühendisler sıklıkla bunun gerçekten dönüş oranına sahip birleştirilmiş bir indüktör olduğunu söylüyorlar.

İlke: Depola, sonra çöpe at

Geleneksel bir ileri veya yarım köprü transformatöründe çekirdek çoğunlukla manyetik bağlantı yolu görevi görür. Enerji sürekli olarak girişten çıkışa aktarılır ve çekirdek yalnızca küçük miktarda mıknatıslanma enerjisi tutar. Powersystemsdesign'ın belirttiği gibi, geri dönüş topolojisi farklıdır: manyetik bileşen "geleneksel enerji aktarımına karşı bir enerji depolama ortamıdır" ve benzersiz çalışması, enerjiyi "depolamasına" olanak tanır.

İki aşama basittir:

• Anahtarı AÇIK konuma getirin — birincil sargı giriş voltajını görür, akım yükselir ve çekirdekte ve hava boşluğunda E = ½ L I² manyetik enerjisi oluşur. İkincil diyot ters kutuplu olduğundan yüke akım akmaz.
• Kapatın - manyetik alan çöker, sargı voltajı polariteyi değiştirir, diyot ileri doğru yönelir ve depolanan enerji ikincilden çıkış kapasitörüne ve yüke akar.

Döngünün farklı yarısında birincil ve ikincil iletkenlik olduğundan, parçanın önce indüktör, sonra transformatör olarak tasarlanması gerekir. Bu nedenle çekirdeğin aralıklı olması gerekir.

Önemli olan mühendislik detayları

Yeni başlayanlar için boşluk bir üretim hatası gibi görünüyor; manyetik yoldaki kasıtlı bir hava şeridi. Mühendisler için tasarımın kalbidir. Ferrit kabaca 0,3 T'de doyurulur ve kendi başına fazla enerji depolayamaz. Küçük bir hava boşluğu (tipik olarak 0,1-0,5 mm) eklendiğinde, etkili geçirgenlik yaklaşık 1000 kat azalır, böylece alan gücü H ferriti doyurmadan artabilir. Unseel'in açıklayıcısı, döngünün enerjisinin yaklaşık %95'inin bu ince hava yuvasında yaşadığını tahmin ediyor.

Geri dönüş manyetikleri için temel tasarım parametreleri şunları içerir:

• Birincil endüktans Lp — döngü başına ne kadar enerji depolanacağını ayarlar ve tepe akımını doğrudan etkiler.
• Tepe akı yoğunluğu Bpeak — marjı doygunluğun altında tutmak için genellikle 0,2-0,3 T ile sınırlıdır.
• Dönüş oranı n = Np / Ns — sürekli iletim modunda Vout ≈ Vin · D · n / (1 – D) çıkış voltajı ilişkisini sabitler.
• Hava boşluğu uzunluğu — belirli bir dönüş sayısı için A_L değerini ve dolayısıyla Lp kontrol eder.
• Kaçak endüktans - ikincil ile bağlantı kurmayan enerji; voltaj yükselmeleri yaratır ve çoğu zaman bir susturucuya ihtiyaç duyar.

Progreeny'nin pratik kılavuzu, iyi tasarlanmış bir geri dönüşün kaçak endüktansı Lp %1-2'sinde tutması gerektiğini ekliyor; kötü tasarımlar %10-20'ye ulaşabilir, enerji israfına ve MOSFET'in zorlanmasına neden olabilir.

Uygulama örneği: mütevazi telefon şarj cihazı

Tipik bir 5 V, 2 A USB duvar adaptörü, yaklaşık 50-150 kHz'de çalışan bir geri dönüş dönüştürücü kullanır. Açma aşaması sırasında birincil, boşlukta birkaç mikrojoule depolar; kapalı faz sırasında enerji 5 V çıkışa iletilir. Transformatör, anahtarlama frekansı yüksek olduğundan küçüktür ve yalnızca bir güç diyotu ve bir birincil anahtara ihtiyaç duyulduğundan ucuzdur. Aynı topoloji aynı zamanda TV'lerin, monitörlerin ve endüstriyel kontrolörlerin içindeki yardımcı kaynaklara da güç sağlar.

Yaygın yanlış kanı/eğlenceli gerçek

Çoğu teknisyen, boşluğun daha düşük kaliteli bir parçanın işareti olduğunu varsayıyor veya çekirdeğin neden sürekli bir ferrit halkası olmadığını merak ediyor. Aslında, hava boşluğu olmasaydı dönüştürücü neredeyse anında doyacaktı ve MOSFET yok olacaktı. Sürekli bir ferrit toroid normal bir transformatör için mükemmeldir, ancak çekirdek gerekli enerjiyi depolayamadığı için geri dönüşte felaket olur. Dolayısıyla bir dahaki sefere geri dönüş transformatörünün içindeki ince ara parçayı gördüğünüzde şunu unutmayın: boşluk bir kusur değil, bileşenin pilidir.