플라이백 컨버터

플라이백 컨버터를 더 잘 이해하려면 먼저 벅 부스트 컨버터를 이해해야 합니다. 플라이백 컨버터 회로는 벅 부스트 컨버터에서 파생될 수 있습니다.

벅 부스트 컨버터는 이름에서 알 수 있듯이 DC 전압 입력을 각각 더 높거나 낮은 전압으로 스텝업하거나 스텝다운할 수 있습니다. 벅 부스트 컨버터 회로를 파생하려면 도 1(a)에 도시된 바와 같이 벅 및 부스트 컨버터가 계단식으로 배열됩니다. 현재 소스/싱크는 벅 컨버터의 하중과 부스트 컨버터에 대한 입력으로 사용되어 부스트 컨버터가 입력 전압 극성을 유지하기 위해 뒤집히게 됩니다. 따라서 벅 부스트 컨버터는 역출력 전압 극성을 갖습니다.

도 1(b)에서 볼 수 있듯이, 현재 소스/싱크는 현재 소스 또는 싱크대 역할을 하는 대형 인덕터로 대체될 수 있다. 그러나 "L3"의 중간 전압은 매우 작은 잔물결 전압을 가질 필요가 없기 때문에 "C1"이 더 이상 필요하지 않습니다. 또한 스위치 2는 "L2"와 "L3"에 걸쳐 단락을 일으킬 수 있기 때문에 더 이상 필요하지 않습니다. 따라서 회로는 도 1(c)에 도시된 대로 업데이트됩니다.

또한, 다이오드 1은 인덕터 "L1"에 대한 현재 경로를 제공하기 위해 벅 컨버터에 사용되었지만, "L1"과 "L2"는 중간 단계에서 더 이상 매끄러운 전류가 필요하지 않으므로 제거할 수 있다. 이오드 1은 도 1(d) 및 (e)에 도시된 바와 같이 제거될 수 있다. 하단 측 다이오드 2는 가장 일반적인 벅 부스트 컨버터 회로 구현인 도 1(e)에 도시된 바와 같이 아래쪽 또는 왼쪽으로 이동할 수 있다.

그림 1. 캐스케이드 벅 및 부스트 컨버터에서 벅 부스트 컨버터 회로의 파생

플라이백 컨버터는 입력 과 출력 전압 사이에 전기 적 절연을 제공하여 벅 부스트 컨버터보다 한 단계 더 나아갑니다. 이는 소스 및 부하 측면의 근거를 분리해야 하는 많은 전원 공급 장치 응용 분야에서 필요합니다. 일반적으로 플라이백 컨버터는 최대 200W의 등급에 사용됩니다. 도 2에 표시된 회로도는 플라이백 컨버터가 벅 부스트 컨버터에서 파생되는 방법을 보여줍니다.

스위치가 벅 부스트 컨버터에 켜지면 다이오드가 역편향되고 에너지가 인덕터에 저장됩니다. 스위치가 꺼지면 다이오드가 켜지면 커패시터에서 에너지를 흡수하거나 커패시터를 공급하고 에너지로 로드할 수 있습니다. 이를 통해 스텝다운 및 스텝업 유연성을 제공합니다. 그러나, 인덕터는 도 2(b)에 도시된 바와 같이 출력 측과 전기적 절연을 제공하기 위해 결합된 인덕터 또는 플라이백 변압기로 대체될 수 있다. 상단 쪽에 있는 스위치에는 하이사이드 게이트 드라이버 회로가 필요하며, 이 회로는 보다 정교하고 로우 사이드 회로보다 더 많은 구성 요소가 필요합니다. 따라서 스위치는 단순히 단자 중 하나가 접지되어 도 2 (c)에 도시된 것처럼 간단한 로우 사이드 게이트 드라이버가 필요합니다. 입력 및 출력 전압 극성을 동일한 쪽에 갖기 위해 출력 다이오드는 변압기의 극성과 함께 반전됩니다. 최종 플라이백 컨버터는 도 2(d)에 표시됩니다.

그림 2. 벅 부스트 컨버터 회로에서 플라이백 컨버터 회로의 파생

주의: 이 실험은 출력 전압을 50V DC 미만으로 제한하도록 설계되었습니다. 여기에 주어진 듀티 비율, 주파수, 입력 전압 또는 하중만 사용합니다.

이 실험은 HiRel Systems에서 제공하는 DC-DC 컨버터 보드를 활용합니다. http://www.hirelsystems.com/shop/Power-Pole-Board.html

보드 운영에 대한 정보는 이 컬렉션 비디오 "HiRel 보드 소개"에서 찾을 수 있습니다.

여기에 표시된 절차는 프로토 보드, 빵 기판 또는 인쇄 회로 기판에 구축 할 수있는 간단한 플라이백 컨버터 회로에 적용됩니다.

1. 보드 설정:

1. "DIN" 커넥터에서 ±12 신호 공급을 연결하지만 "S90" OFF를 유지합니다.
2. PWM 제어 선택기가 열린 루프 위치에 있는지 확인합니다.
3. DC 전원 공급 장치를 16 V.로 설정하여 출력을 현재 보드에서 분리해제상태로 유지합니다.
4. 하중 저항기를 연결하기 전에 10 Ω 조정합니다.
5. 하부 MOSFET 및 플라이백 마그네틱 보드를 사용하여 도 3에 도시된 회로를 구축한다.
   1. 회전 비율 N₁/N_{2 =2.}
6. "V2+"와 "COM"을 가로질러 "R_L"을연결합니다.
   1. 부스트 컨버터가 불안정해지고 보드에 손상을 줄 수 있으므로 실험 중에 부하를 분리하지 마십시오.
7. MOSFET 선택(하부 MOSGET), PWM 선택 및 기타 설정에 대한 스위치 어레이가 올바른지 확인하여 기능적인 도 3을 달성하십시오.

그림 3. 플라이백 컨버터 회로

2. 의무 비율 조정 및 스위칭 주파수

1. 아래쪽 MOSFET의 게이트-소스를 가로질러 차동 프로브를 연결합니다.
2. 켜기 "S90"을 켭니다. 스위칭 신호가 범위 화면에 나타납니다.
   1. 신호 시간 축을 조정하여 2~3개의 기간을 확인합니다.
   2. 주파수 전위도계를 조정하여 100kHz(10μs 의 주파수)를 달성합니다.
3. 50%의 관세 비율(5μs 의 정시)을 달성하기 위해 관세 비율을 조정합니다.

3. 가변 입력에 대한 플라이백 컨버터 테스트

1. 이미 16V로 설정된 입력 DC 전원 공급 장치를 "V1+" 및 "COM"에 연결합니다.
2. 일반 프로브를 연결하여 "CS1"에서 입력 전류를 측정합니다. 접지 커넥터가 "COM"에 연결되어 있는지 확인합니다.
   1. 부하에 분산 프로브를 연결합니다.
   2. 파형을 캡처하고 출력 전압 평균, 입력 전류 피크 및 입력 전류 평균을 측정합니다.
   3. DC 전원 공급 장치에 입력 전류 및 전압 판독값을 기록합니다.
3. 입력 전압을 11V, 13V 및 15 V로 조정합니다.
   1. 이러한 각 전압에 대해 위의 단계를 반복합니다.
4. 입력 DC 공급의 연결을 끊고 출력을 16 V로 조정합니다.

4. 가변 듀티 비율에 대한 플라이백 컨버터 테스트

1. 게이트를 가로질러 일반 프로브를 MOSFET 하부의 소스에 연결합니다.
2. 부하에 분산 프로브를 연결합니다.
3. 입력 DC 공급 장치를 "V1+" 및 "COM"에 연결합니다.
4. 파형을 캡처하고 게이트 대 소스 전압(또한 듀티 비율)의 출력 전압 평균 및 정시 측정합니다.
   1. DC 전원 공급 장치에 입력 전류 및 전압 판독값을 기록합니다.
5. 관세비율을 10%, 25%, 40%로 조정합니다. 이 세 가지 의무 비율 각각에 대해 위의 단계를 반복합니다.
6. 관세비율을 50%로 재설정합니다.
7. 입력 DC 공급 의 연결을 끊습니다.

5. 가변 스위칭 주파수에 대한 플라이백 컨버터 테스트

1. "CS1"에서 일반 프로브를 연결하여 입력 전류를 측정합니다.
2. 부하에 분산 프로브를 연결합니다.
3. 두 번째 오실로스코프에서는 일반 프로브를 사용하여 게이트 대 소스 전압을 관찰하여 필요에 따라 스위칭 주파수를 조정합니다.
4. 입력 DC 공급 장치를 "V1+" 및 "COM"에 연결합니다.
5. 스위칭 주파수를 70kHz로 조정합니다.
6. 첫 번째 범위에서 파형을 캡처하고 입력 전류 피크 및 출력 전압 평균을 측정합니다.
   1. 두 번째 범위에서 주파수 및 의무 비율을 기록하지만 파형을 캡처하지 않습니다.
   2. DC 전원 공급 장치에 입력 전류 및 전압 판독값을 기록합니다.
7. 스위칭 주파수를 50kHz, 30kHz 및 10kHz로 조정합니다(또는 10kHz에 도달할 수 없는 경우 최소 가능).
   1. 이 세 가지 스위칭 주파수 각각에 대해 위의 단계를 반복합니다.
8. 입력 DC 공급 및 "S90"을 끄고 회로를 분해합니다.

플라이백 컨버터는 입력 전압을 단계별로 또는 내려갈 수 있는 격리된 벅 부스트 컨버터입니다. 플라이백 결합 된 인덕터 또는 변압기의 회전 비율은 스테핑 위 또는 다운 프로세스에서 보조됩니다. 스위칭 주파수가 높다는 점을 감안할 때 플라이백 변압기 크기는 작고 페릿 코어를 사용합니다. 입력 전압이 _V인이고 출력 전압이 V 출력인_경우, V 출력 전압이 V_출력인 경우(N_{2/N1)D/(1-D)에서}컨버터가 연속 전도 모드에서 작동할 때 0≤D≤100%. 일반적으로 플라이백 컨버터는 플라이백 변압기의 에너지 균형을 유지하기 위해 50% 이상의 듀티 사이클을 작동하지 않습니다.

관계에서 V _{아웃 /V에서}볼 수 있듯이, D 및 1/(1-D)는 곱하고 벅과 부스트 기능을 표시하는 반면 N₂/N₁ 용어는 변압기의 회전 비율의 효과를 보여줍니다. 플라이백 컨버터를 설계하고 구축하는 주요 요인 중에는 1) 플라이백 변압기의 자화 인덕턴스 _Lm, 변압기의 입력 측에 걸쳐 스너버 회로가 있습니다.

플라이백 컨버터는 일반적으로 출력 측이 입력 측에서 아연 도금 절연을 가져야 하는 격리된 전원 공급 장치에 사용됩니다. 이는 게이트 드라이브 회로에 격리된 DC 공급장치가 필요할 수 있는 MOSFET 및 IGBT와 같은 고측 전력 반도체를 구동하는 데 일반적입니다. 플라이백 컨버터는 일반적으로 100kHz 이상의 고스위칭 주파수에서 작동하며 일반적으로 200W를 초과하지 않는 전력 등급을 갖습니다.