फ्लाईबैक स्विचिंग पावर सप्लाई के मूल सिद्धांत और कार्य पद्धति

फ्लाईबैक स्विचिंग पावर सप्लाई के मूल सिद्धांत और कार्य पद्धति

बुनियादी सिद्धांत और कार्य पद्धतियाँ

मौलिक

जब ट्रांजिस्टर ट्रटन को स्विच किया जाता है, तो ट्रांसफॉर्मर के प्राथमिक Np में करंट Ip होता है और इसमें ऊर्जा संग्रहीत होती है (E=LpIp/2)। चूँकि Np और Ns में विपरीत ध्रुवताएँ होती हैं, इसलिए डायोड D इस समय रिवर्सली बायस्ड और कट ऑफ होता है, और लोड में कोई ऊर्जा स्थानांतरित नहीं होती है। लेन्ज़ के नियम के अनुसार, ट्रॉफ़ को स्विच करते समय: (e=-N△Φ/△T), ट्रांसफॉर्मर की प्राथमिक वाइंडिंग एक रिवर्स पोटेंशियल उत्पन्न करेगी। इस समय, डायोड D आगे की ओर संचालित होता है, और लोड में करंट IL प्रवाहित होता है। फ्लाईबैक कनवर्टर का स्थिर अवस्था तरंग

चालन समय टन का आकार Ip और Vce के आयाम को निर्धारित करेगा:

Vcemax=VIN/1-Dmax

VIN: इनपुट डीसी वोल्टेज; Dmax: अधिकतम कार्य चक्र

डीमैक्स=टन/टी

यह देखा जा सकता है कि कम कलेक्टर वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, Dmax को कम रखा जाना चाहिए, अर्थात, Dmax<0.5. In practical applications, Dmax=0.4 is usually taken to limit Vcemax≦2.2VIN.

ट्यूब ट्रॉन को स्विच करते समय कलेक्टर ऑपरेटिंग करंट Ie, यानी प्राथमिक पीक करंट Ip है: Ic=Ip=IL/n. क्योंकि IL=Io, जब Io स्थिर होता है, तो टर्न्स अनुपात n का आकार Ic के आकार को निर्धारित करता है, उपरोक्त सूत्र शक्ति संरक्षण के सिद्धांत के आधार पर प्राप्त किया गया है और प्राथमिक और द्वितीयक एम्पीयर टर्न्स की संख्या NpIp=NsIs के बराबर है. Ip को निम्न विधि से भी व्यक्त किया जा सकता है:

Ic=Ip=2po/(η*VIN*Dmax)η: कनवर्टर दक्षता

सूत्र इस प्रकार निकाला गया है:

आउटपुट पावर:po=LIp2η/2T

इनपुट वोल्टेज: VIN=Ldi/dt, di=Ip मानते हुए, और 1/dt=f/Dmax, फिर:

VIN=LIpf/Dmax या Lp=VIN*Dmax/Ipf

तब po को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

पो=ηVINfDmaxIp2/2fIp=1/2ηVINDmaxIp

∴Ip=2po/ηVINDmax

उपरोक्त सूत्र में:

VIN: न्यूनतम डीसी इनपुट वोल्टेज (V)

Dmax: अधिकतम चालन कर्तव्य चक्र

एलपी: ट्रांसफार्मर प्राथमिक प्रेरकत्व (एमएच)

आईपी: ट्रांसफार्मर प्राथमिक पक्ष पीक धारा (ए)

f: रूपांतरण आवृत्ति (KHZ)

काम करने का तरीका

फ्लाईबैक ट्रांसफार्मर आमतौर पर दो मोड में काम करते हैं:
1. प्रेरक धारा असंतत मोड डीसीएम (DiscontinuousInductorCurrentMode) या "पूर्ण ऊर्जा रूपांतरण": ट्रांसफार्मर में टन पर संग्रहीत सभी ऊर्जा फ्लाईबैक अवधि (टॉफ) के दौरान आउटपुट में स्थानांतरित हो जाती है।

2. प्रेरक धारा सतत मोड CCM (ContinuousInductorCurrentMode) या "अपूर्ण ऊर्जा रूपांतरण": ट्रांसफार्मर में संग्रहीत ऊर्जा का हिस्सा टॉफ के अंत में अगले टन चक्र की शुरुआत तक बनाए रखा जाता है।

छोटे सिग्नल ट्रांसफर फ़ंक्शन के मामले में डीसीएम और सीसीएम बहुत अलग हैं। उनके तरंगों को चित्रा 3 में दिखाया गया है। वास्तव में, जब कनवर्टर इनपुट वोल्टेज VIN एक बड़ी सीमा के भीतर बदलता है, या लोड वर्तमान IL एक बड़ी सीमा के भीतर बदलता है, तो इसे दो कार्य मोडों को फैलाना होगा। इसलिए, फ्लाईबैक कनवर्टर को डीसीएम / सीसीएम में स्थिर रूप से काम करने की आवश्यकता होती है। लेकिन इसे डिजाइन करना ज्यादा मुश्किल है। आमतौर पर हम डीसीएम / सीसीएम की महत्वपूर्ण स्थिति को डिजाइन के आधार के रूप में उपयोग कर सकते हैं। वर्तमान मोड नियंत्रण pWM के साथ युग्मित। यह विधि डीसीएम में विभिन्न समस्याओं को प्रभावी ढंग से हल कर सकती है, लेकिन यह सीसीएम में सर्किट की अंतर्निहित अस्थिरता की समस्या को समाप्त नहीं करती है। कम आवृत्ति बैंड को अलग करने और क्षणिक प्रतिक्रिया की गति को कम करने के लिए नियंत्रण लूप लाभ को समायोजित करके सीसीएम को हल किया जा सकता है

छोटे सिग्नल स्थानांतरण कार्यों के संदर्भ में डीसीएम और सीसीएम बहुत भिन्न हैं।

डीसीएम/सीसीएम प्राथमिक और द्वितीयक धारा तरंग आरेख

वास्तव में, जब कनवर्टर इनपुट वोल्टेज VIN एक बड़ी सीमा के भीतर बदलता है, या लोड वर्तमान IL एक बड़ी सीमा के भीतर बदलता है, तो इसे दो ऑपरेटिंग मोड में फैलाना चाहिए। इसलिए, फ्लाईबैक कनवर्टर को DCM / CCM की आवश्यकता होती है। दोनों स्थिर रूप से काम कर सकते हैं। लेकिन इसे डिजाइन करना अधिक कठिन है। आमतौर पर हम DCM / CCM महत्वपूर्ण स्थिति को डिजाइन के आधार के रूप में उपयोग कर सकते हैं, और वर्तमान मोड नियंत्रण pWM का उपयोग कर सकते हैं। यह विधि DCM में विभिन्न समस्याओं को प्रभावी ढंग से हल कर सकती है, लेकिन CCM के दौरान सर्किट में कोई अंतर्निहित अस्थिरता समस्या नहीं है। CCM में ट्रांसफर फ़ंक्शन के "राइट हाफ प्लेन जीरो पॉइंट" के कारण होने वाली अस्थिरता को कम आवृत्ति बैंड को अलग करने और क्षणिक प्रतिक्रिया गति को कम करने के लिए नियंत्रण लूप लाभ को समायोजित करके हल किया जा सकता है।

स्थिर अवस्था में, टन पर चुंबकीय फ्लक्स वृद्धि ΔΦ में परिवर्तन "टॉफ" पर परिवर्तन के बराबर होना चाहिए, अन्यथा चुंबकीय कोर संतृप्त हो जाएगा।

इसलिए,

ΔΦ=VINटन/Np=Vs*toff/Ns

अर्थात्, ट्रांसफार्मर की प्राथमिक वाइंडिंग के प्रत्येक घुमाव का वोल्ट/सेकेंड मान द्वितीयक वाइंडिंग के प्रत्येक घुमाव के वोल्ट/सेकेंड मान के बराबर होना चाहिए।

चित्र 3 में DCM और CCM के वर्तमान तरंगों की तुलना करके, हम जान सकते हैं कि DCM अवस्था में ट्रटन अवधि के दौरान, संपूर्ण ऊर्जा हस्तांतरण तरंग में एक उच्च प्राथमिक शिखर धारा होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्राथमिक प्रेरकत्व मान Lp अपेक्षाकृत कम है, जिससे Ip में तेजी से वृद्धि होती है। नकारात्मक प्रभाव के कारण इनपुट फ़िल्टर कैपेसिटर की वाइंडिंग हानि (वाइंडिंग लॉस) और रिपल करंट में वृद्धि होती है, जिसके लिए स्विचिंग ट्रांजिस्टर को सुरक्षित रूप से काम करने के लिए उच्च धारा वहन करने की क्षमता की आवश्यकता होती है।

सीसीएम अवस्था में, प्राथमिक पक्ष का शिखर धारा कम होता है, लेकिन स्विचिंग क्रिस्टल में टन अवस्था में उच्च कलेक्टर धारा मान होता है। इसके परिणामस्वरूप स्विचिंग क्रिस्टल की उच्च शक्ति खपत होती है। साथ ही, सीसीएम प्राप्त करने के लिए, ट्रांसफार्मर के उच्च प्राथमिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है। साइड इंडक्टेंस मान Lp और ट्रांसफार्मर कोर में संग्रहीत अवशिष्ट ऊर्जा के लिए ट्रांसफार्मर का आयतन DCM से बड़ा होना आवश्यक है, जबकि अन्य गुणांक समान हैं।

संक्षेप में, डीसीएम और सीसीएम ट्रांसफार्मर का डिज़ाइन मूल रूप से एक जैसा है, प्राथमिक साइड पीक करंट (सीसीएम में Ip=Imax-Imin) की परिभाषा को छोड़कर।