Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Electrical Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 

Overview

מקור: עלי באזי, המחלקה להנדסת חשמל, אוניברסיטת קונטיקט, סטורים, CT.

ממיר flyback הוא ממיר דחיפה באק, אשר יכול גם buck וגם להגביר. יש לו בידוד חשמלי בין הקלט לבין הפלט באמצעות משרן מצמיד או "שנאי flyback". משרן מצמיד זה מאפשר יחס סיבובים המספק הן את יכולת המדרגה במתח והן את יכולת הירידה, כמו בשנאי רגיל אך עם אחסון אנרגיה באמצעות מרווח האוויר של המשרן הזוגי.

מטרת הניסוי היא לחקור מאפיינים שונים של ממיר flyback. ממיר זה פועל כמו ממיר דחיפה באק אבל יש בידוד חשמלי באמצעות משרן מצמיד. ייעשה שימוש בפעולת לולאה פתוחה עם יחס חובה קבוע באופן ידני. הערכה של יחסי הקלט-פלט תיבחן.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

כדי להבין טוב יותר את ממיר flyback, ראשית, יש להבין ממיר דחיפה buck. לאחר מכן ניתן להפיק את מעגל ממיר Flyback מממיר ההאצה.

ממיר האצת הכסף, כשמו כן הוא, יכול לעלות מדרגה או לרדת במתח DC למתח גבוה או נמוך יותר, בהתאמה. כדי להפיק מעגל ממיר בהאצת דולר, ממיר דולר ודחיפה מדורגים כפי שמוצג ב- Fig. 1 (א). מקור/ כיור נוכחי משמש כעומס עבור ממיר buck וקלט לממיר הדחיפה, מה שגורם לממיר הדחיפה להיות הפוך כדי לשמור על קוטביות מתח הכניסה. ממירי Buck-boost ולכן יש קוטביות מתח יציאה הפוכה.

כפי שניתן לראות בתמונה 1 (ב), ניתן להחליף את המקור/הכיור הנוכחיים בגרם גדול המשמש כמקור או כיור נוכחיים. עם זאת, "C1" כבר לא נחוץ, כמו מתח ביניים על פני "L3" לא צריך להיות מתח אדווה קטן מאוד. גם Switch 2 אינו נחוץ עוד מכיוון שהוא עלול לגרום לקצר חשמלי על פני "L2" ו- "L3". כך מתעדכן המעגל כפי שמוצג ב איור 1 (ג).

כמו כן, דיודה 1 שימש בממיר buck כדי לספק נתיב נוכחי עבור המשרן "L1", אבל "L1" ו "L2" ניתן להסיר מאז זרם חלק כבר לא נחוץ בשלב הביניים. כך ניתן להסיר גם את הדיודה 1, כפי שמוצג בתמונה 1 (ד) ו ( ה). ניתן להזיז את הדיודה 2 בצד התחתון לצד העליון או שמאלה בצד התחתון, כפי שמוצג ב- Fig. 1 (ה) שהוא יישום מעגל הממיר הנפוץ ביותר.

Figure 1
איור 1. הפקת מעגל ממיר בהאצת דולר מדולר מדורג וממירי דחיפה

ממיר flyback הולך צעד אחד רחוק יותר מאשר ממיר buck-boost על ידי מתן בידוד חשמלי בין מתחי הכניסה והפלט. זה רצוי ביישומי ספק כוח רבים שבהם יש להפריד בין עילות בצדי המקור והעומס. בדרך כלל, ממירי flyback משמשים בדירוגים של עד 200 W. השרטוט המוצג ב- Fig. 2 ממחיש כיצד ממיר flyback נגזר מממיר האצת דולר.

כאשר המתג מופעל בממיר האצת דולר, הדיודה מוטה לאחור והאנרגיה מאוחסנת במשרן. כאשר המתג כבוי, המשרן יכול לספוג אנרגיה מהקבל ברגע שהדיודה מופעלת, או לספק את הקבל ולהעמיס באנרגיה. זה מספק את הגמישות של צעד למטה וצעד למעלה. עם זאת, ניתן להחליף את המשרן בשנאי משרן או פלייבק מצמיד כדי לספק בידוד חשמלי עם צד הפלט כפי שמוצג בתמונה 2 (ב). המתג שנמצא בצד העליון דורש מעגל נהג של שער גבוה, שהוא משוכלל יותר ודורש יותר רכיבים מאשר מעגל נמוך. לכן, המתג יכול פשוט להיות מועבר כך שאחד המסופים שלה מקורקע ולכן הוא דורש נהג שער פשוט בצד נמוך כפי שמוצג ב איור 2 (ג). על מנת לקבל את קוטביות מתח הכניסה והפלט באותו צד, דיודת היציאה הפוכה יחד עם הקוטביות של השנאי. ממיר flyback הסופי מוצג ב איור 2 (ד).

Figure 2
איור 2. הפקה של מעגל ממיר flyback ממעגל ממיר בהאצת דולר

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

שימו לב: ניסוי זה נועד להגביל את מתח היציאה להיות פחות מ 50V DC. השתמש רק ביחסי חובה, תדרים, מתח כניסה או עומסים הניתנים כאן.

ניסוי זה ישתמש בלוח הממיר DC-DC המסופק על ידי HiRel Systems. http://www.hirelsystems.com/shop/Power-Pole-Board.html

מידע על פעולת הלוח ניתן למצוא בסרטון אוספים זה "מבוא ללוח HiRel".

ההליך המוצג כאן חל על כל מעגל ממיר flyback פשוט שניתן לבנות על לוחות פרוטו, לוחות לחם או מעגלים מודפסים.

1. הגדרת לוח:

  1. חבר את אספקת האות ±12 במחבר "DIN" אך השאר את "S90" כבוי.
  2. ודא שבוחר הפקדים PWM נמצא במיקום הלולאה הפתוחה.
  3. הגדר את ספק הכוח DC ב- 16 V. שמור על הפלט שלה מנותק מהלוח לעת עתה.
  4. לפני חיבור נגד העומס, להתאים אותו ל 10 Ω.
  5. בנה את המעגל המוצג ב- Fig. 3 באמצעות MOSFET התחתון ולוח מגנטי flyback.
    1. שים לב שיחס הפניות N1/N2=2.
  6. חבר את "RL"בין "V2+" ו-"COM".
    1. לעולם אל תנתק את העומס במהלך הניסוי מכיוון שממיר ההאצה עלול להפוך לבלתי יציב ולגרום נזק ללוח.
  7. ודא שמערך המתגים עבור בחירת MOSFET (MOSGET נמוך יותר), בחירת PWM והגדרות אחרות נכונות כדי להשיג תמונה פונקציונלית 3.

Figure 1
איור 3. מעגל ממיר Flyback

2. התאמת יחס החובה ותדירות המיתוג

  1. חבר את הגשוש הדיפרנציאלי על פני השער למקור של MOSFET התחתון.
  2. הפעל את "S90". אות מיתוג אמור להופיע במסך הטווח.
    1. התאם את ציר זמן האות כדי לראות שתיים או שלוש תקופות.
    2. התאם את פוטנציומטר התדר כדי להשיג תדר של 100 קילו-הרץ (תקופה של 10 מיקרומטר).
  3. התאם את פוטנציומטר יחס החובה כדי להשיג יחס חובה של 50% (בזמן של 5 מיקרומטר).

3. בדיקת ממיר Flyback עבור קלט משתנה

  1. חבר את ספק הכוח DC הקלט, אשר כבר מוגדר ב 16 V, כדי "V1+" ו "COM."
  2. חבר בדיקה רגילה כדי למדוד את זרם הקלט ב- "CS1". ודא שמחבר הקרקע מחובר ל-"COM".
    1. חבר את הגשוש הדיפרנציאלי על פני העומס.
    2. לכוד את צורות הגל ומדוד את ממוצע מתח היציאה, שיא זרם הכניסה וממוצע זרם הקלט.
    3. הקלט את קריאות זרם הכניסה והמתח באספקת החשמל DC.
  3. התאם את מתח הכניסה ל- 11 וולט, 13 V ו- 15 V.
    1. חזור על השלבים לעיל עבור כל אחד מהמתחים האלה.
  4. נתק את אספקת DC הקלט והתאם את הפלט שלו ל- 16 V.

4. בדיקת ממיר Flyback עבור יחס חובה משתנה

  1. חבר בדיקה רגילה מעבר לשער למקור של MOSFET התחתון.
  2. חבר את הגשוש הדיפרנציאלי על פני העומס.
  3. חבר את אספקת DC הקלט ל- "V1+" ו- "COM".
  4. לכוד את צורות הגל ומדוד את ממוצע מתח היציאה ובזמן של מתח השער למקור (גם יחס החובה).
    1. הקלט את קריאות זרם הכניסה והמתח באספקת החשמל DC.
  5. התאם את יחס החובה ל- 10%, 25% ו- 40%. חזור על השלבים לעיל עבור כל אחד משלושת יחסי החובה הללו.
  6. אפס את יחס החובה ל- 50%.
  7. נתק את אספקת DC הקלט.

5. בדיקת ממיר Flyback לתדר מיתוג משתנה

  1. חבר בדיקה רגילה ב- "CS1" כדי למדוד את זרם הקלט.
  2. חבר את הגשוש הדיפרנציאלי על פני העומס.
  3. באוסצילוסקופ השני, התבונן במתח השער למקור באמצעות בדיקה רגילה להתאמת תדר המיתוג לפי הצורך.
  4. חבר את אספקת DC הקלט ל- "V1+" ו- "COM".
  5. כוונן את תדר המיתוג ל- 70 קילו-הרץ.
  6. לכוד את צורות הגל מהטווח הראשון ומדוד את פסגת זרם הכניסה ואת המשמעות של מתח היציאה.
    1. הקלט את יחס התדר והחובה מהטווח השני אך אל תתעד את צורת הגל שלו.
    2. הקלט את זרם הכניסה ואת קריאת המתח באספקת החשמל DC.
  7. התאם את תדר המיתוג ל- 50 קילו-הרץ, 30 קילו-הרץ ו- 10 קילו-הרץ (או מינימום אפשרי אם לא ניתן להגיע ל- 10 kHz).
    1. חזור על השלבים לעיל עבור כל אחד משלושת תדרי המיתוג הללו.
  8. כבה את אספקת DC הקלט ואת "S90", ולאחר מכן לפרק את המעגל.

ממיר flyback הוא התקן חשמלי עם היכולת ליצור מתח יציאה DC שיכול להיות גדול או פחות מאשר קלט DC. אם ממיר buck, אשר יורד מתח למטה הוא מדורג עם ממיר האצה, אשר עולה מתח התוצאה היא ממיר buck-boost. כפי ששמו מרמז, ממיר דחיפה buck יכול גם לרדת או להגביר את מתח הכניסה שלה והוא הבסיס של ממיר flyback. ממיר flyback שונה מממיר האצת דולר מכיוון שהוא משתמש במשרן מצמיד, או שנאי flyback לבידוד חשמלי בין הפלט לקלט. וידאו זה ימחיש את בניית ממיר flyback ויחקור כיצד שינוי מצב ההפעלה של הממיר משפיע על הפלט שלו.

כדי להבין כיצד פועל ממיר flyback, התחל עם ממיר buck בסדרה עם ממיר דחיפה. המתגים במעגל זה מופעלים ונכבים על-ידי אות מווסת ברוחב פעימה. העומס בפלט של ממיר buck הוא כיור נוכחי, אשר בתורו הוא הקלט של ממיר דחיפה. במעגל זה, ממיר ההאצה חייב להיות הפוך כך שהכיוון של הזרם דרך הכיור הנוכחי עולה בקנה אחד עם הפעולה של כל שלב. כתוצאה מכך, לממיר מדורג יש קוטביות פלט הפוכה בהשוואה לקלט שלו. ניתן לפשט את המעגל לתצורת ממיר דחיפה זו. כאשר המתג סגור, מקור המתח מניע זרם דרך המשרן. זרם זה גדל באופן ליניארי עם הזמן ויוצר שדה מגנטי המאחסן אנרגיה במשרן. בשלב זה, הדיודה הפוכה ואינה מתנהלת, כך שרק הקבל מספק אנרגיה לעומס. כאשר המתג פתוח, הזרם דרך המשרן חייב להמשיך באותו כיוון ולגרום למשרן להפוך את הקוטביות. עכשיו הדיודה הופכת מוטה קדימה והמשרן יכול לספק אנרגיה לעומס ובמקביל לטעון את הקבל. כאשר הבורר נסגר שוב, המחזור חוזר על עצמו. החלפת המשרן עם משרן מצמיד או שנאי flyback, מספק בידוד חשמלי בין הקלט לפלט אשר הכרחי כאשר הקרקע בצדי המקור ואת העומס חייב להיות מופרד. הזזת המתג מהצד הגבוה של מקור המתח לצד הנמוך, מפשטת את הדרישות החשמליות במתג ובמעגל המניע אותו. לבסוף, היפוך הקוטביות של המשרן או השנאי המעופף, והיפוך כיוון הדיודה, מאפשרים לקוטביות הפלט להתאים לקלט. התוצאה היא ממיר flyback הבסיסי. כעת, לאחר שראינו כיצד להפיק את ממיר flyback מהמפל של ממיר BUCK ו- boost, בואו נחקור כיצד התנהגותו משתנה בתנאי הפעלה שונים.

התפוקה בניסוי זה מוגבלת ל- 50 וולט DC או פחות. השתמש רק במחזורי החובה, בתדרים שצוינו במתחי כניסה ובעומסים שצוינו. ניסויים אלה משתמשים בלוח ה-Power Pole של מערכת High Rel עם מתג S90 כבוי, חבר את אספקת האות למחבר J90. הגדר את הדופק עם מגשרים לבחירת אפנון J62 ו- J63 למיקום הלולאה הפתוחה. התאם את אספקת DC ל- 16 וולט, אך אל תחבר את הפלט שלו ללוח עמוד החשמל. לאחר מכן, בנה את מעגל ממיר flyback עם MOSFET התחתון ואת הלוח המגנטי flyback. כוונן את נגד העומס ל-10 אוהם. לאחר מכן חבר אותו לפוטנציומטר הלוח בין מסופים V2+ ו com. הגדר את בנק בורר המתגים S30 כדלקמן PWM לתחתית MOSFET להשתמש PWM המשולב וכיבוי עומס כבוי. חבר את הבדיקה הדיפרנציאלית של האוסצילוסקופ בין השער למקור של MOSFET התחתון. הפעל את מתג S90 ושים לב לאות המיתוג שמדליק ומכבה את ה- MOSFET. הגדר RV60 כדי לייצר תדר מיתוג של 100 קילוהרץ. הגדר יחס פוטנציומטר חובה RV64 כך פולסים יש בזמן של חמש מיקרו שניות.

ראשית, חבר בדיקה רגילה בין השער למקור של MOSFET התחתון. חבר את הבדיקה הדיפרנציאלית על-פני העומס וחבר את אספקת DC הקלט ל- V1+ ול- com. מתח היציאה הוא גל משולש הנובע מהשרן והקבל המספק לסירוגין זרם לעומס. מתח מקור השער של MOSFET הוא רכבת דופק דיגיטלית. מדוד את הערך הממוצע של מתח היציאה ואת הזמן של השער למתח המקור ולאחר מכן להקליט את זרם הכניסה ואת קריאות המתח. חזור על בדיקה זו עם זרמי הדופק המוגדרים בזמן של 2.5 וארבע מיקרו שניות התואמות ליחסי החובה של 0.1, 0.25 ו- 0.4, בהתאמה. כאשר המתג סגור, האנרגיה מאוחסנת במשרן כאשר המתג פתוח, האנרגיה מתפוגגת בעומס. באופן אידיאלי, התפוקה עולה עם יחס החובה עם זאת, עבור יחסי חובה מעל 0.5, אנרגיה מאוחסנת גדולה יותר מאשר אנרגיה מתפוגגת, וכתוצאה מכך רוויה אפשרית של הליבה. כדי להימנע מאחסון אנרגיה שיורית, ממירי flyback אינם מופעלים מעל יחס חובה של 0.5.

חבר גשוש טווח רגיל לערוץ שלוש של האוסצילוסקופ. חתוך בדיקה זו בין CS1 ו- com כדי למדוד את זרם הקלט. שים לב לשער לאות מיתוג מקור תוך התאמת פוטנציומטר RV60 כדי לייצר תדר של 70 קילוהרץ. חבר את ספק הכוח DC למסופי קלט V1+ ו- com. התבונן בצורת גל זרם הכניסה ומדוד את מתח הכניסה והפלט הממוצע. הקלט את יחס התדר והחובה, כמו גם את קריאות זרם הכניסה והמתח מאספקת DC. חזור על בדיקה זו לאחר התאמת RV60 לתדר מיתוג של 50, 30 ו- 10 קילוהרץ כאשר יחס מחזור החובה קבוע ב- 0.5. ככל שהתדירות פוחתת, אדווה הפלט גדלה מכיוון שגם טעינת הקבלים ושעות הפריקה גדלות.

ממירי Flyback משמשים בדרך כלל בספקי כוח מבודדים שבהם יש לבודד את הפלט באופן גלווני מהקלט. מניעת נזק למעגל במקרה של כשל והגנה על משתמשים מפני מתחים מסוכנים. מטעני טלפון סלולרי להמיר את האספקה הראשית AC 120 וולט למתח DC פנימי שהופך את הכניסה לממיר flyback. ממיר flyback בתורו מייצר פלט חמישה וולט למחבר USB סטנדרטי המתחבר לטלפון סלולרי וטוען אותו. בידוד גלווני בממיר flyback מגן הן על הטלפון הסלולרי והן על המשתמש מפני מגע עם אספקת AC 120. לעומת זאת, סביר להניח שהטלפון הסלולרי משתמש בממיר דולר כדי להפחית חמישה וולט מהמטען ל-3.6 וולט נומינלי לסוללת הליתיום-יון שלו. עבור מתחים נמוכים בטוחים אלה, אין צורך בבידוד. צינור קרן הקתודה בטלוויזיה או בצג המחשב ישנים יותר משתמש בקרן אלקטרונים כדי להאיר זרחן על המסך. כונן ההסטה האופקי של CRT משלב לעתים קרובות ממירי flyback הפועלים במצב שלב למעלה. ממיר flyback מייצר את המתח הגבוה השולט בקרן זו ומזיז אותה להכות נקודות נבחרות על המסך.

הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לממירי טיסה. עכשיו אתה צריך להבין איך ממיר flyback קשור ממירי דחיפה ו buck וכיצד ההתנהגות שלה משתנה עם מצב ההפעלה. תודה שצפיתם.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

ממירי Flyback הם ממירים מבודדים לחיזוק באק שיכולים להגביר או לרדת במתח הכניסה. יחס הסיבובים של ה- flyback יחד עם משרן או שנאי מסייע בתהליך ההקדה או הירידה. בהתחשב בכך שתדר המיתוג גבוה, גודל שנאי flyback הוא קטן ומשתמש בליבות פריט. אם מתח הכניסה הוא Vב ומתח היציאה הוא Vהחוצה, V החוצה/Vב= (N2/ N1) D / (1-D) כאשר הממיר פועל במצב הולכה רציף, שבו 0≤D≤100%. בדרך כלל, ממירי flyback אינם מופעלים מעל מחזור חובה של 50% כדי לשמור על איזון אנרגיה בשנאי flyback.

כפי שניתן לראות ב- Vהחוצה /Vבמערכת היחסים, D ו- 1/(1-D) מוכפלים ומראים את יכולות הכסף וההגברה, בעוד שהמונח N2/ N1 מראה את ההשפעה של יחס הסיבובים של השנאי. בין הגורמים העיקריים בעיצוב ובניית ממיר flyback הם 1) אינדוקציה ממגנטת Lm של שנאי flyback, ו 2) מעגל snubber על פני צד הקלט של השנאי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

ממירי Flyback משמשים בדרך כלל בספקי כוח מבודדים שבהם צד הפלט צריך להיות בידוד גלווני מצד הקלט. הדבר נפוץ בהנעת מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה כגון MOSFETs ו- IGBTs שמעגלי כונן השער שלהם עשויים לדרוש אספקת DC מבודדת. ממירי Flyback מופעלים בדרך כלל בתדרי מיתוג גבוהים מ- 100 קילו-הרץ, ויש להם דירוגי הספק שבדרך כלל אינם עולים על 200 W.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter