چرا ترانسفورماتور فلای بک واقعا یک ترانسفورماتور نیست؟

یک شارژر USB ارزان قیمت یا یک درایور LED را باز کنید و معمولاً یک ترانسفورماتور کوچک با هسته فریت با یک شکاف هوای کوچک در قسمت مرکزی خواهید دید. به نظر می رسد یک ترانسفورماتور معمولی است، اما مانند یک ترانسفورماتور رفتار نمی کند. یک ترانسفورماتور اصلی انرژی را از اولیه به ثانویه در زمان واقعی انتقال می دهد: جریان در هر دو سیم پیچ در یک لحظه جریان می یابد. یک "ترانسفورماتور" فلایبک برعکس عمل می کند: ابتدا انرژی را ذخیره می کند، سپس آن را آزاد می کند. به همین دلیل، مهندسان اغلب می گویند که واقعاً یک سلف جفت شده با نسبت چرخش است.

اصل: ذخیره کنید، سپس تخلیه کنید

در یک ترانسفورماتور رو به جلو یا نیمه پل معمولی، هسته بیشتر به عنوان یک مسیر کوپلینگ مغناطیسی عمل می کند. انرژی به طور مداوم از ورودی به خروجی منتقل می شود و هسته فقط مقدار کمی انرژی مغناطیسی را در خود نگه می دارد. همانطور که Powersystemsdesign اشاره می کند، توپولوژی flyback متفاوت است: جزء مغناطیسی "یک رسانه ذخیره انرژی در مقابل انتقال انرژی سنتی" است و عملکرد منحصر به فرد آن به آن اجازه می دهد انرژی "ذخیره" کند.

دو فاز ساده هستند:

• کلید روشن - سیم پیچ اولیه ولتاژ ورودی، رمپ جریان و انرژی مغناطیسی E = ½ L I² را در هسته و شکاف هوا مشاهده می کند. دیود ثانویه بایاس معکوس است، بنابراین هیچ جریانی به بار نمی رسد.
• خاموش شوید - میدان مغناطیسی فرو می ریزد، ولتاژ سیم پیچ قطبیت را تغییر می دهد، دیود به سمت جلو حرکت می کند، و انرژی ذخیره شده از طریق ثانویه به خازن خروجی و بار خارج می شود.

از آنجایی که هدایت اولیه و ثانویه در نیمه های مختلف سیکل، قطعه باید ابتدا به صورت سلف و در مرحله بعد ترانسفورماتور طراحی شود. به همین دلیل است که هسته باید شکاف داشته باشد.

جزئیات مهندسی مهم است

برای مبتدیان، این شکاف مانند یک نقص تولید به نظر می رسد - یک برش عمدی هوا در مسیر مغناطیسی. برای مهندسان، این قلب طراحی است. فریت تقریباً در 0.3 T اشباع می شود و نمی تواند انرژی زیادی را به تنهایی ذخیره کند. با افزودن یک شکاف هوای کوچک (معمولاً 0.1-0.5 میلی متر)، نفوذپذیری مؤثر تقریباً 1000 بار کاهش می یابد، بنابراین قدرت میدان H می تواند بدون اشباع کردن فریت افزایش یابد. توضیح دهنده Unseel تخمین می زند که حدود 95٪ از انرژی چرخه در آن شکاف نازک هوا زندگی می کند.

پارامترهای کلیدی طراحی برای مغناطیسی فلایبک عبارتند از:

• اندوکتانس اولیه Lp - مقدار انرژی ذخیره شده در هر سیکل را تعیین می کند و مستقیماً بر حداکثر جریان تأثیر می گذارد.
• حداکثر چگالی شار Bpeak - معمولاً به 0.2-0.3 T محدود می شود تا حاشیه کمتر از اشباع نگه داشته شود.
• نسبت چرخش n = Np / Ns - رابطه ولتاژ خروجی Vout ≈ Vin · D · n / (1 – D) را در حالت هدایت پیوسته ثابت می کند.
• طول شکاف هوا - مقدار A_L و بنابراین Lp برای تعداد دور معین کنترل می کند.
• اندوکتانس نشتی - انرژی که ثانویه را به هم متصل نمی کند. افزایش ولتاژ ایجاد می کند و اغلب نیاز به یک گیره دارد.

راهنمای عملی Progreeny اضافه می کند که یک فلای بک با طراحی خوب باید اندوکتانس نشتی را تا 1-2 درصد Lp حفظ کند. طرح های ضعیف می توانند به 10 تا 20 درصد برسند، انرژی را هدر می دهند و ماسفت را تحت فشار قرار می دهند.

مثال کاربردی: شارژر تلفن فروتن

یک آداپتور دیواری USB معمولی 5 ولت، 2 A از مبدل فلای بک استفاده می کند که تقریباً 50 تا 150 کیلوهرتز کار می کند. در طول مرحله روشن شدن، اولیه چند میکروژول در شکاف ذخیره می کند. در طول فاز خاموش، انرژی به خروجی 5 ولت می رسد. ترانسفورماتور بسیار کوچک است زیرا فرکانس سوئیچینگ بالا است و ارزان است زیرا فقط به یک دیود برق و یک کلید اولیه نیاز است. همین توپولوژی منابع کمکی را در داخل تلویزیون ها، مانیتورها و کنترلرهای صنعتی نیز تامین می کند.

تصور اشتباه رایج / واقعیت جالب

بسیاری از تکنسین‌ها تصور می‌کنند که شکاف نشانه‌ای از یک قطعه با کیفیت پایین‌تر است، یا تعجب می‌کنند که چرا هسته یک حلقه فریتی پیوسته نیست. در واقع، بدون شکاف هوا، مبدل تقریباً بلافاصله اشباع می شود و ماسفت از بین می رود. یک توروئید فریت پیوسته برای یک ترانسفورماتور معمولی بسیار عالی است، اما در بازگشت یک فاجعه خواهد بود زیرا هسته نمی تواند انرژی مورد نیاز را ذخیره کند. بنابراین دفعه بعد که آن اسپیسر نازک را در داخل یک ترانسفورماتور فلایبک دیدید، به یاد داشته باشید: شکاف یک نقص نیست - باتری قطعه است.