ข้อ จำกัด ด้านพลังงานที่มีประสิทธิภาพของโทโพโลยีตัวแปลง flyback คืออะไรและเพราะเหตุใด

เมื่อดูที่โทโพโลยีตัวแปลงที่แยกได้หลายตัวฟลายแบ็คดูเหมือนว่าง่ายที่สุดในตอนแรก มีเพียงสวิตช์เดียวดังนั้นจึงมีเพียงไดรเวอร์เดียวซึ่ง (สิ่งอื่น ๆ ที่เท่าเทียมกัน) ควรลดต้นทุน อย่างไรก็ตามที่ flyback ระดับพลังงานสูง (5kW +) ดูเหมือนว่าโดยทั่วไปแล้วจะไม่ถือว่าใช้งานได้จริง ฉันถามว่าทำไมในช่วงต้นอาชีพของฉันและคำตอบที่ฉันได้คลุมเครือ

ฉันได้พบกับคนคนหนึ่งที่มักจะม้วนหม้อแปลงฟลายแบ็คของตัวเอง เขาบอกว่าเขาได้รับ 500W จากหนึ่งครั้ง แต่เพิ่งจะแทบและมีจำนวนมาก rewinding เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพหม้อแปลง ผู้ผลิตเชิงพาณิชย์ที่ฉันคุยด้วยเงียบไปหรือถามว่าฉันทำอะไรบ้า ๆ บอ ๆ อยากได้หม้อแปลง flyback ตัวใหญ่

หนังสือเล่มเก่าที่ฉันพบเจอบอกว่าหม้อแปลงฟลายแบ็คจะต้องทำงานด้วยความถี่สูงและสวิตช์ที่มีอยู่นั้นไม่สามารถอยู่รอดจากความเครียดของเครื่องแปลงไฟย้อนกลับในระดับพลังงานเหล่านั้นได้ อย่างไรก็ตามมันยังไม่ชัดเจนว่าทำไมความเครียดเหล่านั้นจึงเลวร้ายยิ่งกว่าโทโพโลยีสวิตช์เดียวอื่น ๆ เช่นตัวแปลงเพิ่ม ไม่ชัดเจนว่าทำไมความถี่ต้องสูงมาก ฉันสงสัยว่าเป็นเพราะการมีเพศสัมพันธ์อย่างแน่นหนาเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับหม้อแปลง / ตัวเหนี่ยวนำคู่ซึ่ง จำกัด ทางเลือกของวัสดุหลักและขนาดตัวเลือกความถี่ที่บอกกำหนดและการเลือกสวิตช์เพิ่มเติม แต่นั่นเป็นเพียงการคาดเดา

ดังนั้นเรื่องจริงคืออะไร อะไรคือขีด จำกัด พลังงานที่มีประสิทธิภาพของโทโพโลยีแบบย้อนกลับและเพราะอะไร

ไม่มีข้อ จำกัด อย่างหนักในการส่งออกพลังงานจากโทโพโลยีแบบ flyback มันเป็นเรื่องที่ดีที่สุดสำหรับสถานการณ์ที่กำหนด หนึ่งสามารถสร้าง flyback 1kW แต่มันอาจจะไม่ประหยัด นี่คือธุรกิจที่พวกเขามีการประชุมเลือดบนพรมกว่า 3 ร้อยไดโอดและรับรู้ว่ามันถูกกว่าที่จะจ้างวิศวกรเต็มเวลาคนอื่นมากกว่าที่จะนำเงินเพนนีมาเพิ่มเข้าไปในผลิตภัณฑ์ของพวกเขาดังนั้นจึงไม่เลือก โทโพโลยีที่ดีที่สุดสำหรับความต้องการสามารถตัดทอนอาชีพของตน

ตัวแปลง flyback ใช้แกนที่มีประสิทธิภาพน้อยลง (หมายถึงเงินขนาดและน้ำหนักที่มากขึ้นสำหรับแกนซึ่งสำคัญกว่าเมื่อระดับพลังงานเพิ่มขึ้น) ดังที่รัสเซลชี้ให้เห็นว่า flyback เก็บพลังงานที่ถ่ายโอนไว้ในตัวเหนี่ยวนำและปล่อยไปยังเอาต์พุตเมื่อเทียบกับชนิดอื่น ๆ ส่วนใหญ่ที่ถ่ายโอนพลังงานเมื่อสวิตช์เปิดอยู่ นั่นหมายความว่าความเครียดในปัจจุบันจะต้องสูงขึ้นเนื่องจากพลังงานทั้งหมดจะถูกถ่ายโอนโดยสวิตช์เดียวและสามารถทำได้เพียงบางส่วนเท่านั้น (โปรดจำไว้ว่าการสูญเสียบางอย่างเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแสดังนั้น 10A สำหรับ 33% ของเวลาเทียบกับ 3A สำหรับ 100% ของเวลาแทนกำลังไฟฟ้าที่เท่ากัน แต่การสูญเสียตัวต้านทานในสวิตช์รอบหน้าที่ต่ำนั้นคือ สูงกว่า 3.7 เท่า

ความเครียดแรงดันไฟฟ้าบนสวิตช์ใน flyback นั้นสูงกว่ามาก (แรงดันไฟฟ้าเข้าสองเท่า) เทียบกับตัวแปลงเดินหน้าสองสวิตช์ (เพียงแรงดันไฟฟ้าอินพุต) สิ่งนี้ทำให้สวิตช์มีราคาแพงกว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ MOSFET ที่ขนาดของชิป (และดังนั้นราคา) สูงขึ้นอย่างรวดเร็วด้วยระดับแรงดันไฟฟ้าสิ่งอื่น ๆ ทั้งหมดเท่ากัน สวิทช์ที่มีความไวต่อแรงดันไฟฟ้าน้อย (ในราคา) มีแนวโน้มที่จะค่อนข้างช้า (BJTs และ IGBTs) ดังนั้นจึงเหมาะน้อยกว่าสำหรับตัวแปลงฟลายแบ็กเพราะพวกเขาต้องการแกนที่ใหญ่กว่า

ตัวแปลง Flyback มีข้อดีหลายประการ (ความเรียบง่ายที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากสวิตช์เดี่ยวไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำเอาต์พุตเนื่องจากการเหนี่ยวนำการรั่วไหลเหมาะสำหรับคุณช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตกว้าง) แต่ข้อดีเหล่านั้นส่วนใหญ่ครองที่ระดับพลังงานต่ำ

นั่นเป็นเหตุผลที่คุณมักจะเห็นตัวแปลง flyback ที่ใช้ในอะแดปเตอร์ AC และคุณจะไม่เห็นมันในแหล่งจ่ายไฟ 250W + PC - ทั้งสองแอปพลิเคชั่นที่ต้นทุนส่วนเกินที่ปลอดภัยในการบีบได้ถูกบีบออกแล้ว ที่!).

ก่อนนอน - คำตอบสั้น ๆ ทุกคนมีความสุข :-)

คุณแยกความแตกต่าง 'flyback' และเพิ่ม 'ซึ่งอาจหมายถึงสิ่งเดียวกัน แต่อาจไม่

คุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดของ Flyback คือพลังงานที่ถูกถ่ายโอนจะถูกเก็บไว้ทั้งหมดในตัวเหนี่ยวนำเมื่อสวิตช์เปิดอยู่และถ่ายโอนไปยังเอาต์พุตโดยสนามแม่เหล็กที่ยุบตัวเมื่อปิดสวิตช์ ความคิดบางอย่างจะเปิดเผยว่าในแกนอากาศที่มีช่องว่าง (หรือหนึ่งที่ช่องว่างอากาศถูกกระจายไปทั่วตัวเหนี่ยวนำ) พลังงานนั้นถูกเก็บไว้ใน 'อากาศ' ส่วนใหญ่ในช่องว่าง - ข้อความที่จะดึงดูด 'ความเห็นตรงกันข้ามที่แข็งแกร่ง' . พลังงานจะถูกเก็บไว้ในสนามแม่เหล็กและพลังงานที่เพิ่มขึ้นโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งที่แน่นอน

ตัวแปลงที่ถ่ายโอนพลังงานระหว่างสวิทช์เปิดที่สถานะไม่ได้อาศัยหลักบนสนามและในการจัดเก็บพลังงาน

ในการถ่ายโอนพลังงานมากขึ้นในระบบ flyback คุณจะต้องเพิ่มพลังงานที่ถ่ายโอนต่อรอบและ / หรือจำนวนรอบต่อวินาที สำหรับตัวเหนี่ยวนำ 'ปล่อย' อย่างเต็มที่:

• $E$$\frac{1}{2}LI^2$

• $f\cdot\frac{1}{2}LI^2$

$f$
$I$
$L$ = การเหนี่ยวนำ

$L$$I = V\cdot t/L$$t$$V$ได้รับการแก้ไข

$f\cdot\frac{1}{2}LI^2$$I$$L$$E$

$t_{charge}$$<$$<<$ $1/f$$t_{off}$$t_{on}$และเหนี่ยวนำการเรียกเก็บเงิน

มอสเฟตแรกนั้นถูก จำกัด อย่างมากในความถี่ตัด FET ที่ทันสมัยมีความสามารถมากขึ้น แต่สำหรับการสลับ IGBTs แรงดันสูงความเร็วสูงมักเป็นข้อได้เปรียบ

ดังนั้น ... คุณไม่เห็นตัวแปลง flyback ที่มากกว่าสองสามร้อยวัตต์และมักจะน้อยกว่า

มากขึ้นในภายหลังอาจจะ

พลังงานสูญเสียในการปิดสวิทช์ความจุแต่ละครั้ง

สิ่งนี้ทำให้ความถี่ที่เพิ่มขึ้นเป็นคำตอบที่ไม่สามารถทำได้กับ flycore ที่มีช่องว่างการจัดเก็บพลังงานมากขึ้นด้วยค่าใช้จ่ายของการเหนี่ยวนำที่ต่ำกว่า

คุณสามารถมีแกนขนาดใหญ่ที่มีการหมุนจำนวนมาก แต่แล้วคุณจะสูญเสียทองแดงมากขึ้น

mosfet SIC, GAN และ Silicon Superjunction ล้วน แต่มีความจุน้อยกว่าอุปกรณ์ที่ดีที่สุดเมื่อทศวรรษที่แล้ว มีความเป็นไปได้สูงที่จะสลับ flybacks

เทคนิคที่ดีที่สุดใช้การสั่นพ้องเพื่อลบประจุบางส่วนหรือทั้งหมดที่เก็บไว้บนสวิตช์ก่อนเปิดเครื่อง

การสลับกระแสสูงสุดและแรงดันไฟฟ้าสูงสุด จำกัด เอาต์พุตกำลังไฟฟ้าที่ใช้ได้จริง แต่อุปกรณ์กึ่งตัวนำกำลังดีขึ้นมาก ตัวอย่างเช่น MosCet 1200 โวลต์ 100m โอห์ม Mosfet สามารถปิดสูงสุด 30 แอมป์ ดังนั้นใคร ๆ ก็สามารถคิดออกได้ประมาณ 1Kw แม้ว่าสวิตช์ที่ทันสมัยเหล่านี้มีการสูญเสียการสลับในระดับต่ำมีพลังงานที่ติดอยู่ในตัวเหนี่ยวนำการรั่วไหลของหม้อแปลงซึ่งไม่ได้รับภาระซึ่งเมื่อคุณใช้เทคโนโลยีหม้อแปลงไฟฟ้าแบบดั้งเดิมคุณจะพบว่าแย่กว่าสวิตช์สูญเสียในอนาคตเมื่อทำงานที่ความถี่ปกติ ดังนั้นแคลมป์ที่ใช้งานอยู่หรือสิ่งใดก็ตามที่กล่าวถึงการรั่วไหลคือพาสปอร์ตสู่พลังงานสูงที่มีการสูญเสียต่ำ