ترانسفورماتور مبدل پیشرو: برقی که هنگام روشن بودن سوئیچ جریان می یابد

مقدمه - چیست و چه کاربردی دارد

تصور کنید یک تیپ سطلی آب را دست به دست می گذراند در حالی که شیر هنوز روشن است . ترانسفورماتور مبدل فوروارد «جفت دست» است که انرژی را مستقیماً از ورودی به خروجی در حالی که کلید اصلی روشن است حرکت می دهد. این مجموعه ای آرام از منابع تغذیه DC-DC ایزوله در محدوده تقریباً 100 وات تا چند صد وات است - ماژول های صنعتی، منابع "آجری" مخابراتی و مراحل تغذیه سرور. برخلاف ترانسفورماتور فلای بک در شارژر تلفن، انرژی را در هسته مغناطیسی خود ذخیره نمی کند. به سادگی ولتاژ را کاهش می دهد و عایق گالوانیکی را فراهم می کند و کار صاف کردن را به یک سلف خروجی جداگانه می دهد.

اصل و انواع

یک مبدل فوروارد، در اصل، یک مبدل باک ایزوله است. هنگامی که ماسفت اولیه روشن می شود، ولتاژ ورودی در سراسر سیم پیچ اولیه ظاهر می شود و در زمان واقعی به ثانویه تبدیل می شود. یکسو کننده ثانویه جریان را به بار و یک سلف فیلتر خروجی می دهد. به همین دلیل است که جریان خروجی صاف می ماند و ریپل کم است.

گیره انرژی مغناطیسی هسته است. هسته فقط در یک جهت رانده می شود (تک قطبی)، بنابراین، مگر اینکه انرژی مغناطیسی در هر چرخه حذف شود، شار چرخه به چرخه "بالا می رود" و هسته اشباع می شود - معمولاً سوئیچ در چند چرخه از بین می رود (Skyworks AN1348؛ Microchip SMPS Topologies). این امر ریست هسته را اجباری می کند.

سه طرح تنظیم مجدد رایج است:

تنظیم مجدد سیم پیچ (ثالثیه): یک سیم پیچ اضافی، معمولاً همان تعداد دور سیم پیچ اولیه، جریان مغناطیسی را از طریق یک دیود به ورودی باز می گرداند. نیروی تعادل ولت-ثانیه بازنشانی زمان = به موقع است، بنابراین حداکثر چرخه کار 50٪ است (طراحی های عملی از حدود 45٪ استفاده می کنند).

گیره RCD : ساده است، اما انرژی را در یک مقاومت تلف می کند.

گیره فعال : انرژی را بازیافت می کند و سوئیچ ولتاژ صفر را فعال می کند - گزینه با بالاترین راندمان.

یک نوع محبوب ، دو سوئیچ رو به جلو است: دو ماسفت به اضافه دو دیود گیره، انرژی مغناطیسی را به طور خودکار باز می گرداند، ولتاژ سوئیچ را به ورودی می بندد، و نیازی به سیم پیچی تنظیم مجدد ندارد (Microchip; ElectronicsGuide).

مثال کاربردی

منبع مخابراتی 120 وات و 48 ولت را در نظر بگیرید که از یک گذرگاه ورودی 36 تا 72 ولت تغذیه می شود. ترانسفورماتور ولتاژ را پایین می آورد و ریل 48 ولت را جدا می کند. خروجی تقریباً از VOUT ≈ VIN × D × (NS/NP) تبعیت می کند. در ورودی کم، کنترل کننده چرخه وظیفه D را تا 50% افزایش می دهد، اما هرگز از آن گذشته است تا تنظیم مجدد هسته ایمن بماند. در اینجا Forward از Flyback انتخاب می شود زیرا جریان سلف پیوسته ریپل خروجی کم می دهد و جریان RMS ثانویه - بنابراین تلفات مس - کمتر است. راندمان 85 تا 95 درصد معمولی است (PowerElectronicTips؛ Hackatronic).

تصور غلط رایج و واقعیت جالب

تصور غلط: "ترانسفورماتور رو به جلو و فلای بک ترانسفورماتور کوچک یکسانی هستند - فقط آنها را عوض کنید." اشتباه است. ترانسفورماتور فلای بک در واقع یک سلف جفت شده با یک هسته با شکاف هوا است که انرژی را ذخیره می کند. ترانسفورماتور فوروارد یک ترانسفورماتور واقعی با نفوذپذیری بالا و هسته بدون شکاف است که نباید انرژی ذخیره کند. یک قطعه فلای بک را در مدار جلو بیندازید تا اشباع شود.

واقعیت جالب: از آنجایی که ماسفت تک سوئیچ فوروارد باید در حین تنظیم مجدد تا 2 × VIN را مسدود کند، طراحان اغلب دو سوئیچ رو به جلو را ترجیح می دهند - دیودهای آن فشار را به VIN فشار می دهند و به دستگاه های ارزان تر و سریعتر 400 تا 500 ولت در شبکه 220 ولت (نیمه هادی روشن) اجازه می دهد.