Convertitore flyback Convertitore flyback
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Convertitore flyback • Derivato dal convertitore base buck-boost buck-boost flyback id + VS C VL + R - - + VS C N1 N2 + R VL - - 1 Convertitore flyback • Derivato dal convertitore base buck-boost • Isolamento tra ingresso ed uscita • Multi output a tensioni diverse • Utilizzato ampiamente in applicazioni di alimentatore offline 2 Convertitore flyback + VS N1 C N2 Vout1 C N2 gate drive circuit Vout2 C control circuit RSense N3 Vout3 C - N4 VFB 3 Convertitore flyback Principio di funzionamento (identico al buck - boost) switch on N1 : N2 + Lm VS - v1 id =0 v2 C VL + R - isw VS t N1 Alla chiusura di S1 il flusso nel nucleo aumenta linearmente Φ( t ) = Φ( 0 ) + e raggiunge il valore di picco ˆ = Φ(0) + VS t on Φ N1 4 Convertitore flyback Principio di funzionamento (identico al buck - boost) switch off + Lm v1 VS id N1 : N2 v2 C + R VL isw=0 - Aprendo l’interruttore l’energia immagazzinata nel nucleo determina la corrente nel secondario. La tensione sull’avvolgimento secondario è v2= -VL supposta costante Il flusso nel nucleo diminuisce linearmente ˆ − Φ( t ) = Φ VL (t − t on ) N2 t on < t < Tsw alla fine del periodo t=Tsw raggiunge il valore: Φ(Tsw ) = Φ(0) + VS V t on − L (Tsw − t on ) N2 N1 5 Convertitore flyback Principio di funzionamento (identico al buck - boost) A regime, la variazione netta di flusso nel nucleo in un periodo è nulla Φ( Tsw ) = Φ(0) per cui: t on VL N2 ; = VS N1 Tsw − t on D: duty cycle D=ton/Tsw VL N2 D = ; VS N1 1 − D 6 Convertitore flyback v1 Vs − N1 N2 VL ton toff t Tsw In questo caso il convertitore opera in modalità continua, detta anche incomplete energy transfer. Alla fine del periodo Tsw il circuito magnetico rimane magnetizzato: Φ(Tsw)= Φ(0)≠0 Φ Φ̂ Φ( 0 ) iD t î D = î mN1 / N2 IL0 t isw î m La corrente non parte da 0 7 t Convertitore flyback v1 Vs − N1 N2 VL ton toff Tsw t In questo caso il convertitore opera in modalità discontinua, detta anche complete energy transfer. Alla fine del periodo Tsw il circuito magnetico non è più magnetizzato: Φ Φ̂ Φ( 0 ) iD t IL0 isw t Φ(0)= Φ(Tsw)=0 La corrente parte da 0 î m t 8 Convertitore flyback CONDUZIONE DISCONTINUA tensione d’uscita del convertitore VL = VS K= N2 D N1 K 2L 2 RTSW La tensione d’uscita è ridotta per effetto di un intervallo di conduzione del diodo minore di toff (tDdisc<toff) 9 Convertitore flyback CONDUZIONE CONTINUA CONDUZIONE DISCONTINUA • magnetizzazione residua alla fine di Tsw • non vi è magnetizzazione residua alla fine di Tsw • migliore sfruttamento del circuito magnetico • sfruttamento ridotto del circuito magnetico • relazione non lineare uscita-duty cycle • relazione lineare uscita-duty cycle • La funzione di trasferimento ha uno zero nel semipiano destro ⇒ può causare instabilità • La funzione di trasferimento non ha problemi di stabilità 10 Convertitore flyback Voltage clamp L’induttanza di dispersione al primario, durante il toff , è sede di una sovratensione, che deve essere controllata mediante: • realizzazione di un avvolgimento con bassa induttanza di dispersione • realizzazione di un circuito di protezione ⇒ voltage clamp per evitare la sovratensione è necessario fornire un percorso di scarica dell’energia immagazzinata nell’induttanza di dispersione del trasformatore 11 Convertitore flyback D1 + Rc Cc VC + v1 N1 C N2 VL Lm VSW VS Ld Dc scarica di CS su RS VSW v̂ sw scarica di Ld su CS - VS v̂ sw N = Vs + VL 1 N2 ON t OFF 12 Convertitore flyback Voltage clamp 1) Alla fine del ton il condensatore CC è caricato alla tensione secondaria riflessa al primario VC=(VLN1/N2) 2) All’inizio di toff la tensione sull’interruttore sale per effetto dell’induttanza di dispersione Ld, supera il valore v̂ sw ed il diodo conduce 3) L’energia immagazzinata su Ld è dissipata sul condensatore CC, caricandolo leggermante. ⇒ La tensione sull’interruttore va al valore fissato dalla tensione secondaria riflessa al primario 4) L’energia immagazzinata nel condensatore è dissipata su RC 5) Il condensatore CC si scarica finchè la sua tensione non corrisponde 13 alla tensione riflessa dal secondario Convertitore flyback Circuito snubber D1 + RC CC VC + v1 N1 Lm DC VS iS isw DS vsw - C N2 RS + CS All’inizio del toff il circuito snubber fornisce un percorso alternativo alla corrente nell’induttanza primaria is Sull’interruttore la corrente si annulla isw immediatamente, mentre la sale tensione vsw gradualmente 14
