Flyback Transformer: Telefon Şarj Cihazınızın İçinde Küçük Bir Enerji Kasası

giriiş

Telefonunuzu şarj eden küçük tuğlayı kırdıysanız, içerideki büyük parça neredeyse her zaman bir geri dönüş transformatörüdür . IEEE Technology Navigator'a göre geri dönüş transformatörleri, "5 ila 150 W güç aralığında anahtarlamalı güç kaynaklarının (SMPS) temel bileşenlerini" oluşturan "manyetik olarak bağlı enerji depolama indüktörleridir" - bu tam olarak telefon şarj cihazlarının, dizüstü bilgisayar adaptörlerinin ve LED sürücülerin güç sınıfıdır. Yeni başlayanlar için tek bir cümleyle: Bir geri dönüş transformatörü, önce elektrik enerjisini emen, daha sonra onu farklı bir voltajda tüketen ve sizi şebekeden güvenli bir şekilde izole eden küçük bir mıknatıstır.

Prensip ve türleri

Normal bir güç transformatörü "geçişli" bir cihazdır: akım primere girerken, bir borudan akan su gibi, akım da aynı anda sekonderden ayrılır. Geri dönüş transformatörü farklıdır. Aynı IEEE kaynağına göre, bir geri dönüş transformatörü "açılma aralığı sırasında enerjiyi manyetik çekirdeğinde depolar ve bu enerjiyi ancak birincil anahtar açıldıktan sonra ikincil devreye salar." Teknik olarak, bir transformatörün adını taşıyan boşluklu birleştirilmiş indüktördür .

İki çalışma modu yaygındır (Wikipedia, Flyback transformatörü ):

• Süreksiz iletim modu (DCM) — çekirdek, her döngüde enerjisini tamamen boşaltır. Düşük güçte popüler olan basit kontrol.
• Sürekli iletim modu (CCM) — bir miktar enerji her zaman çekirdekte kalır. Daha düşük tepe akımı, daha küçük dalgalanma, ancak daha zorlu döngü tasarımı.

Bir mühendisin seçtiği temel parametreler:

• Birincil endüktans Lp (enerji depolamayı ayarlayan hava boşluğu ile birlikte) ve anahtarlama frekansı _fs (MnZn / NiZn ferrit çekirdekler için tipik olarak 20 kHz ila birkaç yüz kHz) — görev döngüsü D ile birlikte sağlanan gücü ayarlarlar.
• Dönüş oranı n = Np / Ns — standart geri dönüş ilişkisi yoluyla çıkış voltajını ayarlar: V _out = V _in · (N _s / N _p ) · D / (1 − D).
• Kaçak endüktans – düşman; voltaj yükselmelerine ve EMI'ye neden olur, bu nedenle genellikle bir RCD engelleyici ile sıkıştırılır.

Uygulama örneği: 20 W telefon şarj cihazı

Şebeke yaklaşık 400 V DC'ye doğrultulur. Bir MOSFET birincil olanı örneğin 65 kHz'de değiştirir. MOSFET açıldığında, birincildeki akım artar ve aralıklı ferrit çekirdekte enerji oluşur; ikincil diyot ters kutuplu olduğundan çıkış kapasitörü tek başına telefonu besler. MOSFET kapandığında manyetik alan çöker, ikincil diyot iletime geçer ve depolanan enerji 5 V'ta (veya hızlı şarj için 9 V / 20 V) çıkış kapasitörüne boşaltılır. Bir optokuplör, görev döngüsünü düzenlemek için çıkış voltajını birincil taraftaki PWM denetleyicisine geri besler. Tek çekirdekli, birden fazla izole edilmiş sargı aynı anda birden fazla voltajı iletebilir; bu nedenle neredeyse her çoklu raylı cihaz bu topolojiyi kullanır.

Yaygın yanılgı ve eğlenceli gerçek

En büyük yanılgı, geri dönüşün enerjiyi geleneksel bir transformatörün yaptığı gibi "dönüştürdüğü"dür - aslında birincil ve ikincil asla aynı anda akım taşımaz . Flyback, bir geçiş cihazı değil, bir depolama cihazıdır. Tasarımcılar bunu boşluklu birleştirilmiş indüktör olarak ele almalıdır, aksi takdirde analiz fena halde yanlış gider.

Ve eğlenceli gerçek: Aynı devre, katot ışın tüpünün yatay taramasını sağlamak için icat edildi ve burada hat çıkış transformatörü (LOPT) olarak tanındı. Vikipedi, CRT televizyonlarda hat hızının 15,625 kHz (PAL) veya 15,734 kHz (NTSC) olduğunu ve bilgisayar monitörlerinin 30-150 kHz çalıştırdığını belirtiyor; bu, çekirdekteki manyetostriksiyonun duyulabilir tiz bir vınlamaya dönüşmesine yetecek kadar yüksek. Bugün telefonunuzu sessizce şarj eden aynı geri dönüş aşaması, şimdiye kadar satılan her CRT televizyonda elektron ışını için 15-30 kV hızlanma voltajını oluşturdu.