Frecuencia de conmutación para el convertidor Flyback Quasi Resonant

Como usted señaló correctamente, un convertidor resonante de onda cuasi cuadrada llamado coloquialmente convertidor cuasi resonante (QR) es un convertidor de relajación automática: no hay reloj en el controlador, excepto con fines de sujeción. La frecuencia de conmutación varía con las condiciones de funcionamiento. Es bajo en línea baja y alta potencia, es alto en línea alta y baja potencia.

Los convertidores QR son populares por varias razones:

1. siempre operan en modo de conducción discontinua (DCM) independientemente de las condiciones de operación.
2. como tales, siguen siendo un sistema de primer orden y son fáciles de estabilizar en el control de modo actual.
3. si inserta un tiempo muerto antes de encender el interruptor de alimentación, puede esperar que$v_{DS}(t)$atraviesa un mínimo o un valle , de ahí el término operación de conmutación de valle , y reduce las pérdidas de conmutación potencialmente a cero (ZVS) si el valle toca tierra.
4. Debido a la operación de DCM, la conducción de un rectificador síncrono es más segura que en el modo de conducción continua (CCM) ya que se minimizan las corrientes de disparo.
5. excelente comportamiento en cortocircuito y al diodo de salida le encanta. Fue una de las razones por las que los convertidores QR eran populares en las aplicaciones de televisores CRT con un diodo perezoso de alto voltaje y un riel de salida de alto voltaje.

Sin embargo, tienen algunos inconvenientes:

1. la frecuencia varía a lo largo del rango de operación.
2. el exceso de potencia es un problema en la aplicación de CA-CC: la potencia disponible en la línea baja es más del doble en la línea alta y la gestión de la sobrecarga es complicada.
3. alta corriente de ondulación que obliga a la selección de costosos condensadores de salida sujetos a una alta corriente rms.
4. puede ser ruidoso en situaciones de cortocircuito y es posible que a algunos clientes no les guste (yo tuve el caso una vez).

Aquí hay una toma de un voltaje de fuente de drenaje típico donde el valle se ve claramente:

En el control del modo de corriente pico, el lazo ajusta el punto de ajuste e indirectamente fija el tiempo de encendido considerando la inductancia primaria y el voltaje de entrada. La pendiente de tiempo de inactividad es constante y depende del voltaje de salida reflejado. Luego agrega el DT de tiempo muerto para garantizar el cambio de valle. A continuación se muestra la frecuencia de funcionamiento y la corriente máxima como se describe en el libro que escribí sobre fuentes de alimentación:

Ahora que sabemos un poco más sobre este conversor, veamos tus dudas:

• ¿Cómo selecciono la frecuencia de funcionamiento? No hay una respuesta directa como puede imaginar, pero en la aplicación de CA-CC, la gente quiere mantenerse alejada del rango audible. Seleccionan la inductancia primaria y la relación de espiras del transformador para que, a máxima potencia y línea baja, el convertidor opere más allá del rango de 30 kHz. Dicho esto, la potencia entregada por un flyback en modo de conducción discontinuo (DCM) depende de la frecuencia y la corriente máxima. Por lo tanto, mantenerse por encima de 30 kHz es una cosa, pero es posible que desee operar más cerca de 50-60 kHz para reducir la corriente máxima y limitar el tamaño del transformador. Entonces, sabe que la frecuencia de conmutación aumentará a medida que sube la línea, pero también cuando la carga se vuelve más liviana. ¿A qué frecuencia máxima quieres limitarte? Porque sabemos las pérdidas que traerá la operación de alta frecuencia, pero también las interferencias electromagnéticas (EMI). Por lo tanto, debe realizar iteraciones con estos objetivos en mente y ver qué tamaño de transformador trae cada escenario (qué frecuencias mínimas y máximas).
• En cuanto al transformador: no, la inductancia primaria$L_p$no cambia a lo largo de la operación a menos que se acerque a la saturación, por supuesto. Sabemos que las pérdidas de los transformadores (cobre y hierro) aumentarán a medida que$F_{sw}$y la eficiencia sufrirá. Está claro que si su punto de funcionamiento nominal es de 400 kHz, deberá seleccionar los cables y el núcleo en consecuencia. Si su punto nominal es 70 kHz y pasa a 150 kHz en condiciones de carga liviana antes de que se limite la frecuencia, obviamente estamos hablando de diferentes condiciones para el transformador. Entonces, una vez que haya realizado algunas iteraciones en la selección de la inductancia, la relación de transformación del transformador, etc., tendrá una mejor idea de cuál es la frecuencia operativa nominal y qué cable y material de núcleo preferir.

Como nota final, mire cuidadosamente la oferta del controlador ya que existen muchas estrategias diferentes. Personalmente, me gusta una operación de funcionamiento libre hasta que se alcanza una frecuencia máxima (abrazadera de frecuencia) para limitar las pérdidas y luego reducirlas gradualmente mediante un oscilador controlado por voltaje (VCO) a medida que la corriente de carga se vuelve más ligera. ¡Muchas fichas para elegir!