Convertitore flyback
• Derivato dal convertitore base buck-boost
buck-boost
flyback
id
+
VS
C
VL
+
R
-
-
+
VS
C
N1
N2
+
R
VL
-
-
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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
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Convertitore flyback
+
VS
N1
C
N2
Vout1
C
N2
gate drive
circuit
Vout2
C
control
circuit
RSense
N3
Vout3
C
-
N4
VFB
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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