Geri dönüş dönüştürücü topolojisinin etkin güç sınırlamaları nelerdir ve neden?

Birkaç farklı izole dönüştürücü topolojisine bakıldığında, geri dönüş ilk bakışta en basit gibi görünüyor. Sadece bir anahtar var, bu yüzden (diğer tüm şeylerin eşit olması) maliyeti düşürmesi gereken tek bir sürücü var. Bununla birlikte, yüksek güç seviyelerinde (5kW +) geri dönüş genellikle pratik olarak kabul edilmemektedir. Neden kariyerimin başlarında sordum ve aldığım cevaplar belirsizdi.

Sık sık kendi geri dönüş transformatörlerini saran bir kişiyle tanıştım; bir keresinde 500W olduğunu, ancak zar zor ve transformatörü optimize etmek için çok fazla geri sarması olduğunu söyledi. Konuştuğum ticari üreticiler sessiz kaldı ya da bu kadar büyük bir geri dönüş transformatörü istemek için ne çılgınca bir şey yaptığımı sordu.

Karşılaştığım eski bir kitap, geri dönüş transformatörlerinin yüksek frekanslarda çalıştırılması gerektiğini ve mevcut anahtarların bu güç seviyelerinde bir geri dönüş dönüştürücüsünün stresinden kurtulamadığını söyledi. Ancak, bu gerilimlerin neden takviye dönüştürücüler gibi diğer tek anahtarlı topolojilerden daha kötü olduğu açık değildi. Frekansların neden bu kadar yüksek olması gerektiği de net değildi. Bunun temel malzeme ve boyutların seçimini, frekans seçimini dikte eden, daha fazla dikte eden anahtar seçimini sınırlayan transformatör / kuplajlı indüktör boyunca son derece sıkı kuplajın gerekli olduğundan şüpheleniyorum. Ama bu sadece bir tahmin.

Gerçek anlaşma nedir? Geri dönüş topolojisinin etkin güç sınırı nedir ve neden?

Geri dönüş topolojisinden çıkış gücünde kesin bir sınır yoktur. Bu, belirli bir durum için en iyisi meselesidir. Kişi 1kW'lık bir geri dönüş oluşturabilir, ancak bu muhtemelen ekonomik olmayacaktır. Bu, 3 kuruş diyotlar üzerinde halı üzerinde kan toplantıları yaptıkları ve ürünlerine fazladan birkaç kuruş maliyet harcamaktan başka bir tam zamanlı mühendis kiralamanın daha ucuz olduğunu bildikleri bir iş - bu yüzden gereksinimler için en iyi topoloji kişinin kariyerini kısaltabilir.

Geri dönüş dönüştürücüsü çekirdeği daha az verimli kullanır (bir çekirdek için daha fazla para, boyut ve ağırlık anlamına gelir, bu da güç seviyeleri yükseldikçe daha önemlidir). Russell'ın işaret ettiği gibi, geri dönüş, aktarılan enerjiyi indüktörde depolar ve anahtar açıkken enerjiyi aktaran diğer çoğu türün aksine çıkışa bırakır. Bu, zorunlu olarak akım stresinin daha yüksek olması gerektiği anlamına gelir, çünkü tüm enerji tek bir anahtarla aktarılır ve yalnızca zamanın bir kısmında olabilir. (Bazı kayıpların akımın karesiyle orantılı olduğunu unutmayın, bu nedenle zamanın% 33'ü için 10A,% 100'ü için 3A aynı yük gücünü temsil eder, ancak düşük görev döngüsü anahtarındaki dirençli kayıplar 3.7 kat daha yüksek.

Bir geri dönüşteki anahtardaki voltaj gerilimi, iki anahtarlı ileri dönüştürücüye (sadece giriş voltajı) kıyasla çok daha yüksektir (çift giriş voltajı). Bu, özellikle çip boyutunun (ve dolayısıyla maliyetin) voltaj derecelendirmesiyle hızla arttığı MOSFET'ler için anahtarı daha pahalı hale getirir, diğer her şey eşittir. Voltaja (maliyet açısından) daha az duyarlı olan anahtarlar oldukça yavaş olma eğilimindedir (BJT'ler ve IGBT'ler), bu nedenle daha büyük bir çekirdek gerektirecekleri için geri dönüş dönüştürücüler için daha az uygundur.

Geri dönüş dönüştürücülerin bir takım avantajları vardır (tek anahtar nedeniyle potansiyel basitlik, kaçak endüktans sizin için çalıştığı için çıkış indüktörlerine gerek yoktur, geniş giriş voltaj aralığı), ancak bu avantajlar çoğunlukla daha düşük güç seviyelerinde baskındır.

Bu nedenle, AC adaptörlerinde neredeyse her zaman geri dönüş dönüştürücülerinin kullanıldığını görürsünüz ve bunu 250W + PC güç kaynağında asla görmezsiniz - her ikisi de sıkmak için güvenli olan fazla maliyetin sıkıldığı (bazen daha fazla o!).

Geçmiş yatmadan - çok kısa cevap. Hepsi mutlu :-).

'Geri dönüş' ve farkı 'ayırt edersiniz - bu aynı anlama gelebilir, ancak olmayabilir.

Flyback'in en eşsiz özelliği, aktarılacak enerjinin anahtar açıkken tamamen indüktörde depolanması ve anahtar kapalıyken çöken manyetik alan tarafından çıkışa aktarılmasıdır. Bazı düşünceler, hava boşluklu bir çekirdeğin (veya hava boşluklarının indüktör boyunca dağıtıldığı bir çekirdeğin) aslında enerjinin esas olarak boşluktaki 'havada' depolandığını ortaya çıkaracaktır - 'sağlam ters yorumu' çekecek bir ifade . Kesin depolama konumundan bağımsız olarak, enerji manyetik alanda depolanır ve artan güç, daha fazla çekirdek boyutu gerektirir.

Anahtar açık durumdayken gücü aktaran dönüştürücüler, esas olarak enerjinin depolanması için çekirdeğe ve alana dayanmaz.

Bir geri dönüş sisteminde daha fazla güç aktarmak için, döngü başına aktarılan enerjiyi ve / veya saniye başına döngü sayısını artırmalısınız. Tamamen 'boşalmış' bir indüktör için:

• $E$ = İndüktörde depolanan enerji =$\frac{1}{2}LI^2$

• Güç = Saniyede enerji aktarım hızı =$f\cdot\frac{1}{2}LI^2$

Burada: = saniye başına deşarj döngüleri = tepe akım = endüktans
I $f$
$I$
$L$

Belirli bir sistem voltajı için, verilen mevcut indüktör şarj süresinde daha fazla güç elde etmek için AZALMALISINIZ , çünkü ve ve sabittir.I = V ⋅ t / L t $L$$I = V\cdot t/L$$t$$V$

Enerji aktarımı = , izolasyonu ikiye katlamak enerji aktarım hızını 4 kat artıracaktır, AMA bunu yapmak için azalmalıdır , aslında yaklaşık olarak doğrusal olarak yükselir artan akım. IL$f\cdot\frac{1}{2}LI^2$$I$$L$$E$

Geriye kalan tek "serbest" değişken frekanstır. değerinin ila , ancak şarj ve deşarj süreleri voltaja ters orantılı olduğundan, çıkış arttıkça ve indüktör şarjı için daha fazla zaman bırakarak düşer . < < < 1 / f t O f f T O $t_{charge}$$<$$<<$ $1/f$$t_{off}$$t_{on}$

Erken MOSFET'ler kesim sıklığında son derece sınırlıydı. Modern FET'ler, yüksek hızlı yüksek voltaj anahtarlama için çok daha yeteneklidir, ancak IGBT'ler genellikle avantajlıdır.

Yani ... birkaç yüz Watt'tan fazla ve genellikle daha az geri dönüş dönüştürücülerini görmeniz olası değildir.

Daha sonra belki.

Anahtar kapasitansının her kapanmasında enerji kaybedilir.

Bu, artan frekansı, düşük endüktans maliyetiyle daha büyük enerji depolama boşluğuna sahip bir sineklik için pratik olmayan bir cevap haline getirir.

Çok sayıda dönüşle büyük bir çekirdeğe sahip olabilirsiniz, ancak daha sonra bakırda daha fazla kaybedersiniz.

SIC, GAN ve Silicon Superjunction mosfetlerin hepsi on yıl önceki en iyi cihazlardan çok daha az kapasitansa sahiptir. Daha yüksek güçte sert anahtarlamalı geri dönüşler mümkündür.

En iyi teknikler, açmadan önce anahtarda depolanan şarjın bir kısmını veya tamamını çıkarmak için rezonans kullanır.

Anahtar tepe akımları ve tepe gerilimleri pratik güç çıkışlarını sınırlar, AMA Yarıiletkenler çok daha iyi hale gelir. Örneğin, bir SiC 1200 Volt 100m ohm Mosfet, 30 amper tepe noktasını kapatabilir. Bu nedenle, 1Kw off-line hakkında düşünebilirsiniz. Bu modern anahtarların düşük anahtarlama kayıpları olmasına rağmen, trafo kaçak endüktansında sıkışan enerji vardır, bu da ortodoks transformatör teknolojisini kullandığınızda normal frekanslarda çalışırken olası anahtarlama kayıplarından daha kötü olduğunu görecektir. SO aktif kelepçe veya sızıntıya hitap eden herhangi bir şey, düşük kayıplarla yüksek güce pasaporttur.