ترانسفورماتور Flyback: یک انبار کوچک انرژی در داخل شارژر تلفن شما

مقدمه

اگر تا به حال آجر کوچکی را که گوشی شما را شارژ می کند شکسته اید، قسمت ضخیم داخل آن تقریبا همیشه یک ترانسفورماتور فلایبک است. طبق گفته IEEE Technology Navigator، ترانسفورماتورهای فلای بک "القای ذخیره انرژی با جفت مغناطیسی" هستند که "اجزای اصلی منابع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS) در محدوده توان 5 تا 150 وات" را تشکیل می دهند - که دقیقاً کلاس قدرت شارژرهای تلفن، آداپتورهای لپ تاپ و درایورهای LED است. در یک جمله برای یک مبتدی: ترانسفورماتور فلای بک آهنربایی کوچکی است که ابتدا انرژی الکتریکی را می مکد، سپس لحظه ای بعد آن را با ولتاژی متفاوت بیرون می ریزد، در حالی که شما را به طور ایمن از برق جدا می کند.

اصل و انواع

یک ترانسفورماتور قدرت معمولی یک دستگاه "از طریق" است: با ورود جریان به جریان اولیه، جریان در همان لحظه از ثانویه خارج می شود، مانند آبی که از طریق لوله جریان می یابد. ترانسفورماتور فلای بک متفاوت است. طبق همان منبع IEEE، یک ترانسفورماتور فلایبک "انرژی را در هسته مغناطیسی خود در بازه روشن شدن ذخیره می کند و تنها پس از باز شدن کلید اولیه، آن انرژی را به مدار ثانویه آزاد می کند." از نظر فنی، یک سلف جفت شده با شکاف است که نام ترانسفورماتور را بر تن دارد .

دو حالت کار معمول است (ویکی پدیا، ترانسفورماتور Flyback ):

• حالت هدایت ناپیوسته (DCM) - هسته انرژی خود را در هر چرخه به طور کامل تخلیه می کند. کنترل ساده، محبوب در قدرت کم.
• حالت هدایت پیوسته (CCM) - مقداری انرژی همیشه در هسته باقی می ماند. جریان اوج کمتر، ریپل کوچکتر، اما طراحی حلقه پیچیده تر.

پارامترهای کلیدی که مهندس انتخاب می کند:

• اندوکتانس اولیه Lp (با شکاف هوا که ذخیره انرژی را تنظیم می کند) و فرکانس سوئیچینگ f _s (معمولاً 20 کیلوهرتز تا چند صد کیلوهرتز برای هسته های فریت MnZn / NiZn) - همراه با چرخه وظیفه D ، توان تحویلی را تنظیم می کنند.
• نسبت چرخش n = Np / Ns - ولتاژ خروجی را از طریق رابطه فلای بک استاندارد تنظیم می کند: V _out = V _در · (N _s / N _p ) · D / (1 - D).
• اندوکتانس نشتی - دشمن؛ این باعث افزایش ولتاژ و EMI می شود، بنابراین معمولاً با یک گیره RCD بسته می شود.

مثال کاربردی: شارژر تلفن 20 واتی

برق به حدود 400 ولت DC یکسو می شود. ماسفت اصلی را مثلاً 65 کیلوهرتز سوئیچ می کند. هنگامی که ماسفت روشن است، جریان در هسته اولیه افزایش می یابد و انرژی در هسته فریت شکاف ایجاد می شود. دیود ثانویه بایاس معکوس است، بنابراین خازن خروجی به تنهایی گوشی را تغذیه می کند. هنگامی که ماسفت خاموش می شود، میدان مغناطیسی فرو می ریزد، دیود ثانویه هدایت می شود و انرژی ذخیره شده با ولتاژ 5 ولت (یا 9 ولت / 20 ولت برای شارژ سریع) به خازن خروجی ریخته می شود. یک اپتوکوپلر ولتاژ خروجی را به کنترلر PWM سمت اولیه برمی‌گرداند تا چرخه وظیفه را تنظیم کند. یک هسته، چند سیم پیچ ایزوله می تواند چندین ولتاژ را به طور همزمان ارائه دهد - به همین دلیل است که تقریباً هر دستگاه چند ریلی از این توپولوژی استفاده می کند.

تصور غلط رایج و واقعیت جالب

بزرگترین تصور غلط این است که فلای بک انرژی را به روشی که یک ترانسفورماتور معمولی انجام می دهد "تبدیل" می کند - در واقع، اولیه و ثانویه هرگز به طور همزمان جریان ندارند . فلای بک یک وسیله ذخیره سازی است، نه یک دستگاه عبوری . طراحان باید آن را به عنوان یک سلف جفت شده با شکاف در نظر بگیرند، در غیر این صورت تجزیه و تحلیل به شدت اشتباه می شود.

و واقعیت جالب: همان مدار برای هدایت افقی یک لوله پرتو کاتدی اختراع شد، جایی که به عنوان ترانسفورماتور خروجی خط (LOPT) شناخته شد. ویکی‌پدیا خاطرنشان می‌کند که در تلویزیون‌های CRT، نرخ خط 15.625 کیلوهرتز (PAL) یا 15.734 کیلوهرتز (NTSC) بود، و مانیتورهای کامپیوتر 30 تا 150 کیلوهرتز کار می‌کردند - به اندازه‌ای زیاد که مغناطیسی در هسته به صدای ناله‌ای با صدای بلند تبدیل می‌شد. همان مرحله فلای بک که امروزه تلفن شما را بی سر و صدا شارژ می کند، زمانی ولتاژ شتاب دهنده 15 تا 30 کیلوولت را برای پرتو الکترونی در هر تلویزیون CRT که تا به حال فروخته می شود تولید می کرد.