Sirkuit konverter flyback

Dalam elektronika, regulator adalah alat atau mekanisme yang dapat mengatur keluaran daya secara konstan. Ada berbagai jenis regulator yang tersedia di domain catu daya. Tetapi terutama, dalam kasus konversi DC ke DC, ada dua jenis regulator yang tersedia: Linear atau Switching.

Sebuah regulator linear mengatur output menggunakan drop tegangan resistif. Karena regulator Linear ini memberikan efisiensi yang lebih rendah dan kehilangan daya dalam bentuk panas. The switching regulator penggunaan induktor, Diode, dan tombol power untuk energi transfer dari sumbernya ke output.

Jenis Regulator Switching

Ada tiga jenis regulator switching yang tersedia.

1. Pengonversi langkah (Boost Regulator)

2. Konverter penurun (pengatur Buck)

3. Konverter Flyback (Regulator Terisolasi)

Kami sudah menjelaskan rangkaian Boost Regulator dan Buck Regulator. Dalam tutorial ini, kita akan menjelaskan Flyback Regulator sirkuit.

The perbedaan antara uang dan meningkatkan regulator adalah, dalam buck regulator penempatan induktor, dioda dan sirkuit beralih berbeda dari dorongan regulator. Selain itu, dalam kasus regulator penguat tegangan output lebih tinggi dari tegangan input, tetapi dalam regulator buck, tegangan output akan lebih rendah dari tegangan input. Topologi buck atau konverter buck adalah salah satu topologi dasar yang paling banyak digunakan yang digunakan di SMP. Ini adalah pilihan populer di mana kita perlu mengubah tegangan yang lebih tinggi ke tegangan keluaran yang lebih rendah.

Selain regulator tersebut, terdapat regulator lain yang menjadi pilihan populer di antara semua desainer, yaitu regulator Flyback atau konverter Flyback. Ini adalah topologi serbaguna yang dapat digunakan di mana beberapa output diperlukan dari satu suplai output. Tidak hanya itu, topologi flyback memungkinkan perancang untuk mengubah polaritas keluaran pada saat yang bersamaan. Misalnya, kita dapat membuat output + 5V, + 9V dan -9V dari satu modul konverter. Efisiensi konversi tinggi dalam kedua kasus.

Hal lain dalam konverter Flyback adalah isolasi listrik di input dan output. Mengapa kita membutuhkan isolasi? Dalam beberapa kasus khusus, untuk meminimalkan kebisingan daya, dan operasi terkait keselamatan, kami memerlukan operasi yang terisolasi, di mana sumber masukan sepenuhnya diisolasi dari sumber keluaran. Mari jelajahi operasi flyback keluaran tunggal dasar.

Operasi Sirkuit dari Konverter Flyback

Jika kita melihat desain flyback keluaran tunggal dasar seperti gambar di bawah ini, kita akan mengidentifikasi komponen utama dasar yang diperlukan untuk membuatnya.

Konverter flyback dasar membutuhkan sakelar, yang dapat berupa FET atau transistor, Transformer, Dioda keluaran, Kapasitor.

Yang utama adalah trafo. Kita perlu memahami cara kerja transformator yang benar sebelum memahami operasi sirkuit yang sebenarnya.

Trafo terdiri dari minimal dua induktor, yang dikenal sebagai kumparan sekunder dan primer, yang dililitkan di bekas kumparan dengan inti di antaranya. Inti menentukan kerapatan fluks yang merupakan parameter penting untuk mentransfer energi listrik dari satu lilitan ke lilitan lainnya. Hal terpenting lainnya adalah pentahapan transformator, titik-titik yang ditunjukkan pada belitan primer dan sekunder.

Juga, seperti yang dapat kita lihat, sinyal PWM dihubungkan melalui saklar transistor. Ini karena frekuensi mematikan dan waktu menyalakan sakelar. PWM adalah singkatan dari teknik modulasi Lebar Pulsa.

Pada Flyback regulator terdapat dua rangkaian operasi, yaitu fase Switch On ketika lilitan primer trafo terisi, dan satunya lagi adalah Switch off atau fase transfer trafo ketika energi listrik dipindahkan dari primer ke sekunder dan akhirnya ke beban.

Jika kita mengasumsikan bahwa sakelar telah dimatikan untuk waktu yang lama, arus di rangkaian adalah 0 dan tidak ada tegangan.

Dalam situasi ini, Jika sakelar dinyalakan maka arus akan meningkat dan induktor akan membuat penurunan tegangan, yang merupakan titik-negatif karena tegangan lebih negatif melintasi ujung titik-titik primer. Selama situasi ini, energi mengalir ke sekunder karena fluks yang dihasilkan di inti. Pada kumparan sekunder, tegangan dibuat dalam polaritas yang sama tetapi tegangan tersebut berbanding lurus dengan rasio putaran kumparan Sekunder ke Primer. Karena tegangan titik negatif, dioda dimatikan dan tidak ada arus yang mengalir di sekunder. Jika Kapasitor diisi pada siklus saklar-OFF-ON sebelumnya, kapasitor keluaran hanya akan memberikan arus keluaran ke beban.

Pada tahap selanjutnya, ketika sakelar dimatikan, aliran arus yang melintasi primer akan berkurang dan dengan demikian membuat ujung titik sekunder menjadi lebih positif. Sama seperti saklar ON tahap sebelumnya, polaritas tegangan primer membuat polaritas yang sama pada sekunder juga, sedangkan tegangan sekunder sebanding dengan rasio belitan primer dan sekunder. Karena ujung titik positif, dioda dihidupkan dan induktor sekunder dari transformator memberikan arus ke kapasitor keluaran dan beban. Kapasitor kehilangan muatan dalam siklus ON, sekarang diisi kembali dan mampu memberikan arus pengisian ke beban selama waktu saklar ON.

Di seluruh siklus Sakelar ON dan OFF, tidak ada koneksi listrik antara catu daya input ke sumber daya output. Dengan demikian, transformator mengisolasi Input dan Output.

Ada dua mode operasi tergantung pada waktu pengaktifan dan penonaktifan. Konverter flyback dapat beroperasi dalam mode kontinu atau mode terputus-putus.

Dalam mode kontinu, sebelum pengisian Primer, arus menuju ke Nol, siklus berulang. Di sisi lain, dalam mode terputus-putus, siklus berikutnya hanya dimulai ketika arus induktor primer menuju ke Nol.

Efisiensi

Sekarang, jika kita menyelidiki efisiensi, yang merupakan rasio output terhadap daya input:

(Pout / Pin) x 100%

Karena energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan, ia hanya dapat diubah, sebagian besar energi listrik kehilangan daya yang tidak terpakai menjadi panas. Selain itu, tidak ada situasi yang ideal di bidang praktis. Efisiensi merupakan faktor besar untuk memilih regulator tegangan.

Salah satu faktor kehilangan daya utama untuk regulator switching adalah dioda. Penurunan tegangan maju dikalikan dengan arus (Vf xi) adalah watt yang tidak terpakai yang diubah menjadi panas dan mengurangi efisiensi rangkaian regulator switching. Selain itu, ini adalah biaya tambahan pada sirkuit untuk teknik manajemen panas / panas seperti menggunakan heatsink, atau Kipas untuk mendinginkan sirkuit dari panas yang hilang. Tidak hanya penurunan tegangan maju, pemulihan terbalik untuk dioda silikon juga menghasilkan kehilangan daya yang tidak perlu dan pengurangan efisiensi secara keseluruhan.

Salah satu cara terbaik untuk menghindari dioda pemulihan standar adalah dengan menggunakan dioda Schottky yang memiliki penurunan tegangan maju rendah dan pemulihan mundur yang lebih baik. Di aspek lain, sakelar telah diubah ke desain MOSFET modern di mana efisiensi ditingkatkan dalam paket yang ringkas dan lebih kecil.

Terlepas dari kenyataan bahwa Switching Regulator memiliki efisiensi yang lebih tinggi, teknik desain stasioner, komponen yang lebih kecil, mereka lebih berisik daripada regulator linier tetapi tetap populer secara luas.

Contoh Desain Konverter Flyback menggunakan LM5160

Kami akan menggunakan topologi flyback dari Texas Instruments. Sirkuit tersebut dapat tersedia di lembar data.

The LM5160 terdiri berikut Fitur-

• Lebar 4.5V hingga 65V Rentang Tegangan Input
• Sakelar Sisi Tinggi dan Sisi Rendah Terintegrasi
  • Tidak Diperlukan Diode Schottky Eksternal
• 2-A Arus Beban Maksimum
• Kontrol Tepat Waktu Konstan Adaptif
  • Tidak Ada Kompensasi Loop Eksternal
  • Respon Transien Cepat
• Operasi PWM Paksa atau DCM yang Dapat Dipilih
  • FPWM Mendukung Fly-Buck Multi-output
• Frekuensi Pengalihan Hampir Konstan
  • Resistor Dapat Disesuaikan hingga 1 MHz
• Waktu Mulai Lunak Program
• Start-up Prebiased
• ± 1% Referensi Tegangan Umpan Balik
• LM5160A Memungkinkan Bias VCC Eksternal
• Fitur Perlindungan Inheren untuk Desain yang Kokoh
  • Proteksi Pembatas Arus Puncak
  • Input UVLO dan Histeresis yang Dapat Disesuaikan
  • VCC dan Perlindungan UVLO Gate Drive
  • Perlindungan Shutdown Termal Dengan Histeresis
• Buat Desain Kustom Menggunakan LM5160A Dengan WEBENCH® Power Designer

Ini mendukung rentang tegangan input yang luas dari 4,5V hingga 70V sebagai input dan menyediakan arus keluaran 2A. Kami juga dapat memilih operasi PWM atau DCM paksa.

Pinout dari LM5160

IC tidak tersedia dalam paket DIP atau versi yang dapat disolder dengan mudah, meskipun ini merupakan masalah tetapi IC menghemat banyak ruang PCB serta kinerja termal yang lebih baik melalui heatsink PCB. Diagram pin ditunjukkan pada gambar di atas.

Peringkat Maksimum Mutlak

Kita perlu berhati-hati tentang peringkat maksimum absolut dari IC.

Pin SS dan FB memiliki toleransi tegangan rendah.

Diagram Sirkuit Flyback Converter dan bekerja

Dengan menggunakan LM5160 ini kami akan mensimulasikan catu daya terisolasi 12V berdasarkan spek berikut. Kami memilih sirkuit karena semuanya tersedia di situs web pabrikan.

Skema ini menggunakan banyak komponen tetapi tidak rumit untuk dipahami. C6, C7, dan C8 pada input digunakan untuk penyaringan suplai input. Sedangkan R6 dan R10 digunakan untuk keperluan penguncian tegangan bawah. Resistor R7 untuk tujuan terkait waktu. Pin ini dapat diprogram menggunakan resistor sederhana. Kapasitor C13 yang terhubung melintasi pin SS adalah kapasitor soft start. AGND (Analog Ground) dan PGND (Power Ground) dan PAD terhubung dengan supply GND. Di sisi kanan, kapasitor C5, 0,01 uF adalah kapasitor Bootstrap yang digunakan untuk biasing driver gerbang. R4, C4 dan C9 adalah filter riak dimana R8 dan R9 menyediakan tegangan umpan balik ke pin umpan balik LM5160. Jatah dua resistor ini menentukan tegangan keluaran. C10 dan C11 digunakan untuk penyaringan keluaran non-terisolasi primer.

Komponen utama adalah T1. Ini adalah induktor berpasangan dengan induktor 60uH di kedua sisi, primer dan sekunder. Kita dapat memilih induktor yang digabungkan atau induktor sepik dengan spesifikasi sebagai berikut-

1. Rasio Putaran SEC: PRI = 1,5: 1
2. Induktansi = 60uH
3. Saturasi Saat Ini = 840mA
4. Resistensi DC UTAMA = 0,071 Ohm
5. Resistensi DC SECONDARY = 0,211 Ohm
6. Frek = 150 kHz

C3 digunakan untuk stabilitas EMI. D1 adalah dioda maju yang mengubah output dan C1, C2 adalah tutup filter, R2 adalah beban minimum yang diperlukan untuk startup.

Mereka yang ingin membuat catu daya untuk spesifikasi khusus dan ingin menghitung nilainya, pabrikan menyediakan alat Excel yang sangat baik di mana Anda cukup memasukkan data dan excel akan menghitung nilai komponen tergantung pada rumus yang disediakan di lembar data.

Pabrikan juga telah menyediakan model rempah-rempah serta skema lengkap yang dapat disimulasikan menggunakan alat simulasi TINA-TI berbasis SPICE milik Texas Instrument. Di bawah ini adalah Skema yang digambar menggunakan alat TINA-TI yang disediakan oleh pabrikan.

Hasil simulasi dapat dilihat pada gambar berikut dimana arus dan tegangan beban sempurna dapat ditunjukkan-