Overview
ソース: アリ バッツィ、電気工学科大学コネチカット州ストーズ、ct 検査
フライバックのコンバーターは、両方バック、ブースト降圧コンバーターです。それは入力と出力結合インダクタまたは「フライバック トランス」を使用して間の電気的絶縁この結合インダクタができます回転比率両方電圧の昇圧と降圧の機能のように通常のトランスフォーマーでも結合インダクタのエアー ギャップを用いたエネルギー貯蔵を提供します。
この実験の目的は、フライバックのコンバーターのさまざまな特性を研究することです。このコンバーター降圧形コンバーターのように動作が結合インダクタを電気的に絶縁しています。手動で設定デューティ比とオープン ループ操作が使用されます。入出力関係の近似は観察されます。
Principles
フライバックのコンバーターについては、まず、1 つは昇降圧形コンバーターを理解しなければなりません。フライバックのコンバーター回路は、降圧形コンバーターから派生できます。
昇降圧形コンバーターその名のとおり、いずれかのステップ アップをすることができますまたは降圧 DC 電圧入力をより高いまたは低い電圧、それぞれ。降圧コンバーター回路を導出するには、図 1 (a) に示すように、降圧、昇圧コンバーターがカスケードします。現在のソース/シンクは、降圧形コンバーターの入力電圧の極性を維持するために反転させる昇圧コンバーターを引き起こしている昇圧コンバーターへの入力負荷として使用されます。昇降圧形コンバーター従って逆の出力電圧の極性があります。
図 1 (b) 見ることができる、現在のソースまたはシンクとして機能する大規模なインダクタの電流ソース/シンクを置き換えることができます。ただし、「C1」必要がもはや"L3"の間で中間の電圧が非常に小さいリップル電圧を持っている持っていません。それを引き起こす可能性がありますのでまたスイッチ 2 が必要なくなった、"L2"と"L3"間で短絡回路は、Fig. 1 (c) で示すように、このように更新されます。
また、ダイオード 1 は降圧型コンバーターのインダクタ「L1」現在パスを提供するために使用されたが、「L1」や「L2」を中間段階におけるスムーズな電流が必要ないので削除できます。ダイオード 1 したがって削除することも、図 1 (d) と (e) のようです。底側ダイオード 2 をトップ側に移動または下側、左側に降圧形コンバーター回路の最も一般的な実装である (e) 図 1 に示すようにできます。
図 1。カスケードの降圧、昇圧コンバーターから降圧形コンバーター回路の導出
フライバックのコンバーターは、入力と出力の電圧との間の電気的絶縁を提供することによって降圧コンバーターよりもさらに一歩を行きます。これはソース側と負荷側の根拠が分離する必要があります多く電源アプリケーションに望まれます。・ w ・ 200 最大定格のフライバック ・ コンバーターは、通常使用します。図 2 に示す回路図は、フライバックのコンバーターを降圧形コンバーターから派生する方法を示しています。
昇降圧形コンバーターのスイッチがオンのとき、ダイオードは逆バイアスとエネルギーがインダクタに格納されます。スイッチがオフのときインダクタできますかダイオードが、コンデンサーからのエネルギーを吸収することができますコンデンサーを供給やエネルギー ロードします。これは、降圧・昇圧の柔軟性を提供します。ただし、インダクタは結合インダクタまたは図 2 (b) に示すように、出力側が電気的に絶縁を提供するフライバック トランスに置き換えられますことができます。トップ側にスイッチには、低側回路より多くの部品を必要とするより精巧な上側のゲート ドライバー回路が必要です。したがって、スイッチは、その端末の 1 つが接地されて、Fig. 2 (c) に示すように、単純な低側ゲート ドライバーが必要なために単に移動できます。入力と出力の電圧極性が同じ側にあるために出力ダイオードは変圧器の極性と逆になります。最終的なフライバックのコンバーターは、図 2 (d) に表示されます。
図 2。昇降圧形コンバーター回路からフライバックのコンバーター回路の導出
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
注意: この実験は 50 v DC 以下に出力電圧を制限するために設計されています。デューティ比、周波数、入力電圧、またはここに与えられた負荷を使用のみ。
この実験は、ある HiRel Systems によって提供される DC-DC コンバーター ボードを利用します。http://www.hirelsystems.com/shop/Power-Pole-Board.html
このコレクションのビデオ ボードの操作についての情報を見つけることができます「HiRel ボード入門」
ここに示す手順は、プロト ボード、パン板やプリント基板に構築できる単純なフライバック回路に適用されます。
1. ボードのセットアップ:
- "DIN"コネクタで ± 12 信号電源を接続が「S90」OFF。
- PWM コントロール セレクターがオープン ループ位置にあることを確認します。
- 設定保持出力対 16 で DC 電源が今の基板から切断します。
- 負荷抵抗を接続する前に 10 の Ω を調整します。
- 低い MOSFET とフライバック磁気ボードを使用して、図 3 に示す回路を構築します。
- 注意回転比 N1/N2= 2。
- 「V2 +」および「com してください」「RL」を接続
- 決して切断実験では昇圧コンバーターとして負荷は不安定になり、基板への損傷を引き起こすことができます。
- 確認 MOSFET の選択 (低 MOSGET)、PWM の選択、およびその他の設定のスイッチ配列機能図 3 を達成するために正しいです。
図 3.フライバック型コンバーター回路
2 デューティ比の調整とスイッチング周波数
- 下側 mosfet の両端にゲート-ソース間で差動プローブを接続します。
- 「S90」オンにスイッチング信号は、スコープ画面に表示する必要があります。
- 2 つまたは 3 つの期間を確認する信号の時間軸を調整します。
- 周波数 100 kHz (10 μ 秒の期間) を達成するために周波数設定器を調整します。
- 50% デューティ比 (5 μ s の時間で使用) を達成するためにデューティ比ポテンショメータを調整します。
3 フライバックのコンバーター変数入力テスト
- 16 V、「V1 +」および「com してください」に選択されている入力 DC 電源アダプターを接続します。
- "CS1"で入力電流を測定する通常のプローブを接続してグランド コネクタが"COM"に接続されていることを確認します。
- 負荷の間で差動プローブを接続します。
- 波形をキャプチャし、出力電圧平均値、入力電流ピーク入力の現在の平均を測定します。
- 入力電流と直流電源の電圧の測定値を記録します。
- 11 V、13 V、15 V の入力電圧を調整します。
- これらの電圧ごとに上記の手順を繰り返します。
- DC の供給および 16 V の出力を調整する入力を外します。
4. フライバックコンバーター可変デューティ比のテスト
- ゲート下側 mosfet の両端のソースを通常プローブを接続できます。
- 負荷の間で差動プローブを接続します。
- 「V1 +」および"COM"に DC 電源を接続します。
- 波形をキャプチャし、出力電圧平均とゲート-ソース間電圧 (またデューティ比) の時間に測定します。
- 入力電流と直流電源の電圧の測定値を記録します。
- 10%、25% と 40% のデューティ比を調整します。これら 3 つのデューティ比の各上記の手順を繰り返します。
- デューティ比を 50% にリセットします。
- DC 電源を外します。
5. フライバックのコンバーターのスイッチング周波テスト
- 入力電流を測定する"CS1"では通常、プローブを接続します。
- 負荷の間で差動プローブを接続します。
- 2 番目のオシロ スコープに必要に応じてスイッチング周波数を調整する正規のプローブを用いたゲート-ソース間電圧を観察します。
- 「V1 +」および"COM"に DC 電源を接続します。
- 70 khz スイッチング周波数を調整します。
- 最初のスコープから波形をキャプチャし、出力電圧平均入力電流ピークを測定します。
- 2 番目のスコープから周波数とデューティ比を記録、その波形をキャプチャしないでください。
- レコード入力電流と電圧の DC 電源で読み取りを指定します。
- 50 kHz、30 kHz と 10 kHz (または可能な限り最小 10 kHz に到達できない場合) にスイッチング周波数を調整します。
- これら 3 つのスイッチング周波数ごとに上記の手順を繰り返します。
- 入力 DC 供給および「S90」を切り、その後、回路を逆アセンブル。
フライバックのコンバーターより大きいまたは DC 入力より小さいことができる DC 出力電圧を生成する能力を持つ装置です。場合電圧ダウン手順は、昇圧コンバーターとカスケードは、降圧形コンバーターをステップ電圧アップ結果、降圧コンバーターです。その名のとおり、降圧形コンバーターをステップ ダウンしたり、入力電圧をステップ フライバックのコンバーターの基盤となっています。フライバックのコンバーターは、入出力間の電気的絶縁の結合インダクタまたはフライバック トランスを使用して昇降圧形コンバーターとは異なります。このビデオはフライバック ・ コンバーターの構造を示すため、その出力がどのようにコンバーターの動作状態を変更する効果を調査します。
フライバック ・ コンバーターのしくみを理解するには、昇圧コンバーターとシリーズの降圧型コンバーターから始まります。この回路内のスイッチは、パルス幅変調された信号によってオンとオフになっています。降圧コンバーターの出力の負荷は、昇圧形コンバーターの入力を現在のシンクです。この回路は、現在のシンクに流れる電流の方向はそれぞれの段階の操作と矛盾昇圧コンバーターを反転する必要があります。結果として、カスケードのコンバーターは、その入力と比較して元に戻される出力極性を持ってください。回路は、この降圧形コンバーターの構成を簡略化できます。スイッチを閉じたとき電圧源はインダクタを流れる電流を駆動します。この電流は、時間に比例して増加し、磁場コイルにエネルギーを格納するを作成します。この時、ダイオードは逆バイアスと行っていません、これだけコンデンサーが負荷にエネルギーを供給します。スイッチが開いているとき、インダクタに流れる電流は極性を逆にインダクタを引き起こす同じ方向で続ける必要があります。今、ダイオードになるフォワード バイアスであるし、インダクタに提供できるエネルギー同じ時間料金で中負荷コンデンサー。スイッチを閉じると再度、サイクルが繰り返されます。結合インダクタまたはフライバック トランス、インダクタで置き換える、入力と出力ソース側と負荷側の敷地を区切る必要があるときに必要であるとの間の電気的絶縁を提供します。電圧源の高い側から低い側にスイッチを動かして、スイッチとそれをドライブする回路の電気要求を簡略化します。最後に、結合インダクタまたはフライバック トランスの極性を逆転させると、ダイオードの方向を反転入力に一致する出力の極性ができます。結果は基本的なフライバックのコンバーターです。私達は今、降圧、昇圧コンバーターのカスケードからレッツ フライバックのコンバーターを派生させる方法を参照してくださいさまざまな動作条件での動作がどのように変化を調査。
この実験では出力は以内 50 ボルト DC に限定です。指定したデューティ サイクル、周波数入力電圧および負荷のみを使用します。S90 がオフ スイッチ ボードの高い Rel システムの電柱使用これらの実験は、コネクタ J90 に信号供給を差し込みます。オープン ループ位置変調パルス J62 と J63 選択ジャンパーを設定します。16 ボルトの DC 供給を調整、電源ポール基板にその出力を接続しないでください。次に、下側 mosfet の両端とフライバック磁気ボード フライバックのコンバーター回路を構築します。負荷抵抗を 10 ω を調整します。次下 MOSFET に PWM オンボード PWM を使用し、スイッチがオフ ロード端末 V2 + と com. 設定スイッチ セレクター銀行 S30 ボード ポテンショ メーターに接続します。オシロ スコープのゲート ・ ソース下側 mosfet の両端の間の差動プローブを接続します。S90 のスイッチをオンにし、MOSFET のオン/オフ切換信号を確認します。100 キロ ヘルツの周波数を生成する RV60 を設定します。パルス 5 マイクロ秒の時間があるので、デューティ比ポテンショメータ RV64 を設定します。
まず、ゲート ・ ソース下側 mosfet の両端の間通常プローブを接続します。負荷の間で差動プローブと V1 + と com に DC 電源を接続します。出力電圧はインダクタおよびキャパシタ原料交互供給負荷電流から生じる三角波です。MOSFET のゲート電圧はデジタル パルス列です。出力電圧の平均値と、ソース電圧、入力電流を記録しゲートと電圧の測定値に時間を測定します。2.5、4 マイクロ秒 0.1、0.25、そして 0.4 のデューティ比にそれぞれ対応する 1 つの時刻に設定パルス ストリームをこのテストを繰り返します。スイッチが閉じられると、スイッチが開いているとき、エネルギーはコイルに蓄え、エネルギーが負荷で消費されます。理想的には、しかしデューティ比で出力が増加、義務の上 0.5、蓄積エネルギーの比率は飽和コアの可能性で、その結果、消費エネルギーよりも大きい。残留エネルギー貯蔵を避けるためには、フライバック ・ コンバーターは、デューティ比 0.5 の上運行されていません。
オシロ スコープの 3 つのチャネルを通常スコープのプローブを接続します。CS1 と com 入力電流を測定するためのプローブをクリップします。ソース 70 キロ ヘルツの周波数を生成する RV60 ポテンショメータを調整しながら信号をスイッチングするゲートを観察します。V1 + 端子と com 観察入力電流波形を入力、測定平均入力と出力電圧 DC 電源に接続します。周波数とデューティ比と DC 電源から入力の電流と電圧の測定値を記録します。デューティ サイクルの比が 0.5 に固定で 50、30、および 10 キロ ヘルツのスイッチング周波数に RV60 を調整した後このテストを繰り返します。周波数が低下すると、コンデンサーの充電と放電時間も増加するので出力リップルが増加します。
フライバック ・ コンバーター通常、絶縁型電源で、出力が入力から電気的に絶縁分離する必要があります使用されます。障害回路の損傷を防止して、危険な電圧からユーザーを保護します。携帯電話充電器は、120 ボルト AC メイン ユニットをフライバックのコンバーターへの入力となる内部の直流電圧に変換します。フライバックのコンバーターでは、標準の USB コネクタを携帯電話に差し込むし、それを充電する 5 ボルトの出力が生成されます。ガルバニック絶縁フライバックのコンバーターには、120 の AC 供給との接触から携帯電話とユーザーの両方を保護します。対照的に、可能性が高い携帯電話は公称 3.6 ボルト リチウム イオン電池に充電器から 5 ボルトを抑える降圧型コンバーターを使用します。これらの安全な低電圧分離する必要はありません。ブラウン管の古いテレビやコンピューターのモニターは、電子ビームを使用して画面に蛍光体を照らすします。Crt の水平偏向ドライブ頻繁にステップ アップ モードで作動フライバック ・ コンバーターを組み込みます。フライバックのコンバーターは、このビームを制御し、画面に選択したポイントを攻撃するために移動の高電圧を生成します。
ゼウスのフライバック ・ コンバーター入門を見てきただけ。今、後押しするフライバックのコンバーターがどのように関連しているか、降圧コンバーターとその動作が動作条件によってどのように変化するのかを理解しておくべき。見ていただきありがとうございます。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
フライバックのコンバーターは、ステップ アップまたはステップ ダウン電圧絶縁昇降圧形コンバーターです。フライバックの回転比率は、ステップ実行プロセスの上下のインダクタやトランスのエイズを結合しました。スイッチング周波数が高い、フライバック トランスのサイズは小さく、フェライトコアを使用します。かどうか入力電圧はVで出力電圧がV のうち, Vを/でV = (N2/N1) D/(1-D)コンバーターが連続伝導モードで動作しているとき、どこ 0≤D100%。通常、フライバック ・ コンバーターは、フライバック トランスのエネルギー バランスを維持するために 50% のデューティ サイクル上運行されていません。
見られるように、 Vを/でV Dと1/(1-D)の関係を乗算してN2/N1用語はトランスの効果を示す間、降圧、昇圧機能を示す比率になります。設計と構築のフライバック ・ コンバーターの主要な要因 1) 磁化インダクタンスLmフライバック トランスと 2) スナバ回路のトランスの入力側にはあります。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
フライバック ・ コンバーター通常、絶縁型電源の出力側が入力側からガルバニック絶縁を持っている必要があります使用されます。これは、ハイサイド パワー Mosfet や Igbt のゲート ドライブ回路は孤立した DC 供給を必要がありますなど半導体の運転で共通です。フライバック ・ コンバーター高スイッチング周波数を 100 kHz 以上で通常運営されていて通常 200 を超えない定格電力 w.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
