Este artículo describe los principios básicos y las características de un convertidor flyback estándar, junto con sus beneficios, aplicaciones y variaciones arquitectónicas complejas. También describe cómo seleccionar un diseño de convertidor flyback usando diferentes métodos, pero esta parte se enfoca principalmente en usar la herramienta Power Supply WebDesigner (PSW).
prólogo
Este artículo describe los principios básicos y las características de un convertidor flyback estándar, junto con sus beneficios, aplicaciones y variaciones arquitectónicas complejas. También describe cómo seleccionar un diseño de convertidor flyback usando diferentes métodos, pero esta parte se enfoca principalmente en usar la herramienta Power Supply WebDesigner (PSW).
Flyback es la topología de convertidor de potencia aislado más simple y más utilizada y puede aumentar o disminuir el voltaje mientras proporciona aislamiento galvánico de la red de CA en aplicaciones fuera de línea. Esta es la topología más rentable para alimentar muchos tipos de dispositivos electrónicos, con una eficiencia aceptable y un tamaño lo suficientemente pequeño, siempre que la potencia de salida sea inferior a unos 200 W. Cubre los detalles del diseño del convertidor flyback y un sistema experto en línea llamado Power Supply WebDesigner (PSW).
Los convertidores flyback estándar son los más comunes, pero existen otras variaciones más complejas que no se tratan aquí y que están diseñadas para satisfacer necesidades específicas. Por ejemplo, la versión de dos interruptores reduce la clasificación de voltaje del interruptor principal, pero agrega un segundo interruptor de alimentación y una unidad de lado alto. La versión de abrazadera activa mejora la eficiencia y limita aún más la tensión de tensión en el interruptor principal, pero agrega un interruptor auxiliar.
Nuestro objetivo principal es explicar cómo tomar las decisiones de diseño necesarias para los convertidores flyback, ya sea utilizando PSW u otros métodos de diseño. PSW realiza todas estas selecciones automáticamente, pero ofrece una gran flexibilidad para permitir que el usuario cambie cualquiera de ellas y vea el efecto en segundos. Como tal, también es una gran herramienta para aprender sobre el diseño de flyback, y la mayor parte de la orientación proporcionada en este documento técnico se incluye en “Notas informativas” disponibles en las ubicaciones adecuadas durante todo el proceso de diseño.
convertidor flyback
Un convertidor flyback típico, que se muestra en la Figura 1, se usa ampliamente en aplicaciones de baja potencia (<200 W) y/o alto voltaje debido a su bajo número de componentes y su capacidad para proporcionar múltiples salidas con pocos componentes adicionales, pero tiene una regulación cruzada deficiente. . Convertidor de derivada reductora aislada. Los convertidores a menudo funcionan en modo de conducción discontinua (DCM), especialmente por debajo de 50W. En este caso, la corriente de magnetización vuelve a cero al final de cada ciclo de conmutación y puede permanecer así durante algún tiempo hasta el comienzo del siguiente ciclo de conmutación. El diseño de control DCM es muy simple y sigue las mismas ecuaciones que la topología buck-boost no aislada, pero con la relación de vueltas insertada.
El “transformador” en los convertidores flyback se usa realmente como un inductor acoplado. Aquí, el devanado primario conduce corriente durante una parte diferente del ciclo de conmutación que el devanado secundario. Como resultado, toda la energía transferida desde la entrada a la salida debe almacenarse y liberarse alternativamente en la inductancia magnetizante, lo que requiere una inductancia magnetizante pequeña en comparación con la mayoría de las topologías de aislamiento.
El voltaje instantáneo del devanado está relacionado con la relación de vueltas, pero la corriente instantánea del devanado y la corriente RMS del devanado no lo están. La figura 2 muestra las formas de onda básicas para un convertidor que opera en modos de conducción continua y discontinua.
diseñador web fuente de alimentación
Fairchild Semiconductor tiene una sofisticada herramienta de diseño y simulación basada en la web llamada Power Supply WebDesigner (PSW) en el sitio web de Fairchild Semiconductor, con un resultado de ejemplo que se muestra en la Figura 4 y otras figuras en este documento técnico. Su función de “diseño automático” le permite realizar numerosas elecciones de diseño, que se describen en la siguiente sección, sin la intervención del usuario, en función de la experiencia de un diseñador experto que se clasifica como un sistema experto y se incorpora al algoritmo. Si el usuario desea ajustar el diseño, puede revisar los pasos de diseño detallados y anular los valores “recomendados” para cualquier variable de diseño según las notas de información textual y los límites dinámicos que garantizan que su entrada sea razonable. Después de los ajustes manuales, la herramienta vuelve a calcular los valores recomendados para optimizar el diseño dadas las nuevas entradas. Luego, el usuario puede continuar con cada paso del diseño y continuar con la revisión, o dejar que la herramienta complete automáticamente el resto del diseño en cualquier momento.
PSW genera un esquema completo listo para prototipo con todos los componentes necesarios y cuatro tipos de circuitos: pérdidas de componentes calculadas, formas de onda de estado estable, formas de onda transitorias y diagramas de Bode de ganancia de bucle que muestran la estabilidad Proporciona los resultados del análisis. (En este documento solo se incluyen las pérdidas de componentes y los diagramas de Bode para ilustrar el impacto de algunos cambios de diseño manuales.) Si los resultados son inaceptables, se pueden realizar ajustes adicionales en el procedimiento de diseño. ). O puede cambiar los valores de los componentes directamente en el esquema. Finalmente, se genera una lista de materiales con opciones para seleccionar piezas y ensamblar pedidos de distribuidores de catálogo de componentes electrónicos.
Conclusión
Flyback es la topología de convertidor de potencia aislada más simple y más utilizada y es adecuada para aumentar o disminuir el voltaje mientras proporciona aislamiento galvánico de la red de CA para la demanda fuera de línea. Este documento ha cubierto algunos aspectos del diseño del convertidor flyback usando una poderosa herramienta llamada Power Supply Webdesigner (PSW).