Modelo de señal pequeña de convertidor flyback

La función de transferencia de control a salida de este convertidor se puede obtener al darse cuenta de que el convertidor flyback es una estructura buck-boost aislada. Puede analizar el aumento de la inversión con diferentes enfoques, como el promedio de espacio de estado (SSA), el control de inyección de corriente y el modelo de interruptor PWM (para nombrar las opciones más populares). Este último es el enfoque más simple que se te ocurre. Considera que la no linealidad en el circuito de conmutación proviene de la celda de conmutación formada por el interruptor de potencia y el diodo de rueda libre. Vatché Vorpérian, a quien se le ocurrió la idea en 1986, consideró solo la celda de conmutación y dejó intactos el resto de los elementos lineales (L y C). Por lo tanto, puede analizar el convertidor reductor-elevador aislado reemplazando la celda de conmutación por el modelo de interruptor PWM linealizado y manteniendo los elementos pasivos como están.$\pi$modelo en un circuito bipolar Este es el enfoque más simple y rápido. Dicho esto, sin ningún modelo, si considera que la función de transferencia de CC de este convertidor flyback es

$V_{out}=V_{in}\frac{ND}{1-D}$

entonces la ganancia cuasiestática (control a salida) de este convertidor es simplemente

$H_0=\frac{dV_{out}(D)}{dD}=\frac{NV_{in}}{(1-D)^2}$

Consulte este PPT, lo guiará paso a paso en el proceso de determinar las funciones de transferencia de los convertidores de conmutación:

http://cbasso.pagesperso-orange.fr/Downloads/PPTs/Chris%20Basso%20APEC%20seminar%202013.pdf

¡Buena suerte!

• está analizando un estrangulador acoplado, no un transformador ni un circuito de 2 puertos con función de transferencia lineal.

Los giros primarios,$Np$se seleccionan para satisfacer la tensión de tensión de CA (voltios-segundos) y las propiedades de saturación de CA del núcleo:

$\frac{V\:T\:}{B\:Ae}=Np$

• Np es el mínimo de vueltas primarias
• V es el voltaje de CC primario máximo (voltios)
• T es el período máximo de "encendido" para Q1 (microsegundos) B es la oscilación del flujo de CA pp (tesla) típicamente 200 mT para ferrita
• Ae es el área efectiva del polo central del núcleo (mm2)

La energía en la bobina primaria se transfiere a la bobina secundaria durante el estado "apagado" de la operación de retorno.

$E = \frac{1}2LI^{2}$(julios)

$V_{L} = (V_{i}-V_{o})D-V_{o}$

• luego modulando el ciclo de trabajo,$D$con señal$\delta$para obtener voltaje de CA$v_L$en$L$

• $v_L = (V_i+V_o)\delta - V_o(1-D)\; ≈ (V_i+V_o)\delta \;$

• $i_L = \frac {v_L}{j\omega L} = -j \frac{V_i+V_o}{\omega L}\delta$

• durante el estado "apagado"$I_o=I_L (1-D)$luego diferenciando la corriente alterna con la resultante$i_L$teniendo en fase y 180 'fuera de fase con$\delta$

• $i_o=-j\frac{(V_i+V_o)(1-D)}{\omega L}\delta -I_L\delta =-j \frac{V_i}{\omega L}\delta -I_Ld$

• El RHP Zero se convierte$\omega_z=\frac{V_i}{LI_L}=\frac{R_oV_i^2}{LV_o(V_i+V_o)}$

Mediante el uso de la detección de corriente primaria y el bucle de control de corriente, la estabilidad mejora considerablemente.

• Me gustaría dar crédito a lo anterior de uno de los mejores diseñadores de SMPS con los que he trabajado brevemente en mi vida pasada como Test Eng Mgr en Burroughs (mediados de los 80)

• Espero que esto lo anime a comprar uno de sus muchos libros sobre el tema del diseño SMPS. .. Tony

"en corriente, el efecto inmediato de tratar de aumentar la corriente es causar una disminución a corto plazo en la corriente de salida. (Este es un cambio de fase transitorio de 180 ° entre causa y efecto). Este cambio de fase transitorio corto es la causa de la derecha -semiplano-cero en la función de transferencia. Es un efecto dinámico no compensable y obliga al diseñador a proporcionar una caída de muy baja frecuencia en el lazo de control para mantener la estabilidad. Por lo tanto, el rendimiento transitorio no será bueno. El flyback El convertidor en el modo continuo tiene una característica de convertidor tipo impulso y cualquier convertidor o combinación de convertidores que tenga una característica de tipo impulso tendrá el problema del semiplano derecho cero.

.

"La característica que lo hace valioso para voltajes de salida altos es que no requiere inductor de salida. En los convertidores directos, discutidos anteriormente, los inductores de salida se vuelven un problema problemático a voltajes de salida altos debido a los grandes voltajes que tienen que soportar. No requieren un alto El diodo de rueda libre de voltaje también es una ventaja para el retorno en suministros de alto voltaje".

.

"Otra ventaja para las aplicaciones de alto voltaje es que se pueden obtener voltajes relativamente grandes con relativamente menos vueltas del transformador". "el modo discontinuo, con una inductancia de magnetización del transformador inherentemente más pequeña, responde más rápidamente y con un pico de voltaje de salida transitorio más bajo a los cambios rápidos en la corriente de carga de salida o el voltaje de entrada. En segundo lugar, debido a una característica única del modo continuo (su función de transferencia tiene un semiplano derecho cero, que afecta la estabilización del bucle de retroalimentación), el ancho de banda del amplificador de error debe reducirse drásticamente para estabilizar el bucle de retroalimentación".

"A menudo, se desconocen los efectos del diseño, la inductancia de fuga, la ESR del capacitor de salida y las pérdidas del circuito. Como resultado, puede ser más conveniente medir la corriente de ondulación en la unidad prototipo y establecer, o (si se ha hecho previamente) calculado) confirme los valores RMS finales con CT y medidores RMS verdaderos".

Keith Billings , presidente de DKB Power Inc. y consultor de diseño de ingeniería, tiene más de 46 años de experiencia en el diseño de fuentes de alimentación conmutadas. Es ingeniero electrónico colegiado y miembro de pleno derecho de la antigua Institución de Ingenieros Eléctricos de Gran Bretaña (ahora la Institución de Ingeniería y Tecnología).

• es decir, oscilará a menos que el ancho de banda del bucle se reduzca drásticamente.
• evite la saturación y el paso o deriva del flujo dentro del bucle BH para CCM.

Con la operación CCM, las corrientes primaria y secundaria están restringidas para estar interrelacionadas de la siguiente manera: -

Fuente de imagen

La imagen es para un transformador 1:1 funcionando a 400 kHz. La corriente primaria tiene que aumentar a un ritmo dictado por la inductancia primaria y el voltaje aplicado (Vin/Lp) y la corriente secundaria debe caer a un ritmo dictado por el voltaje secundario y la inductancia secundaria (Vout/Ls).

La corriente promedio está dictada por la potencia promedio consumida por la carga resistiva.

De la imagen (y suponiendo que la resistencia de carga garantiza CCM) es un caso simple de reconocer que D (el ciclo de trabajo), Vin y Vout están relacionados por: -

$$\dfrac{Vout}{Vin} = \dfrac{D}{1-D}$$

Si el transformador flyback es del tipo reductor (N:1), la fórmula se convierte en: -

$$\dfrac{Vout}{Vin} = \dfrac{1}{N}\cdot\dfrac{D}{1-D}$$

Imagen: -

La derivación es solo trigonometría básica y comprender que$V=L\dfrac{di}{dt}$.