Seminario 2008 Stefano

05/11/08 Stefano Fabiani 1


Principio di funzionamento di un convertitore Flyback

I sistemi flyback vengono utilizzati quando la tensione d’ingresso è molto diversa dalla

tensione d’uscita da ottenere, sia in salita che in discesa, inoltre prevedono un

trasformatore che isoli galvanicamente la parte sotto alta tensione dall’uscita a bassa

tensione.



SCHEMATICO

Q1Controller PWM

V0

VDC

C1RL

D1

PWM sta per Pulse Width Modulator e fa parte del circuito di retroazione per il controllo della stabilità della tensione Vo.


Q1Controller PWM

V0

VDC

C1 RL

D1Ip

Ton

Mosfet Q1 va ON

Ip = ((VDC – VDS) x Ton) / Lp

Si immagazzina Energia nel Trasformatoree = 1/2 x Lp x Ip2

Diodo interdettoIs = 0

05/11/08 5Stefano Fabiani

Principio di funzionamento di un convertirore Flyback

Forme D’onda

Ton

Ip

Is

t

t



Q1Controller PWM

V0

VDC

C1 RL

D1Ip = 0Toff

Mosfet Q1 va OFFIl trasformatore tenta per sua natura di mantenere il flusso di corrente e la tensione ai capi della bobina si inverte di segno

Trasmissione di EnergiaIs = ((Vs+VD1)xToff) / Ls

Diodo in conduzione

C1 in carica



Forme D’onda

Ton

Ip

Is

t

t

Toff



Poiché la potenza è l’energia trasferita per il tempo necessario a trasferirla

avremo



In definitiva la Tensione di Uscita in rapporto alla Tensione di ingresso, per un rendimento dell’ 80%, sarà data da:

IL LOOP DI FEEDBACK MANTIENE COSTANTE LA TENSIONE DI USCITA MANTENENDO COSTANTE IL PRODOTTO Vdc x Ton



SE LA CORRENTE AL SECONDARIO DECADE A 0 PRIMA CHE IL MOSFET RICOMINCI A CONDURRE, IL CIRCUITO LAVORA IN MODO DISCONTINUO

Ton

Ip

Is

t

t

Toff Tdead


T


SE LA CORRENTE AL SECONDARIO NON DECADE A 0 PRIMA CHE IL MOSFET RICOMINCI A CONDURRE, IL CIRCUITO LAVORA IN MODO CONTINUO

Ton

Ip

Is

t

t

Toff


T

Differenze tra DCM e CCM

Il Discontinous Mode risponde più rapidamente ai cambiamenti della tensione di ingresso e della corrente al carico.VANTAGGIO PER I DCM

Il picchi di corrente nel Discontinous Mode sono più alti di quelli del Continous Mode.SVANTAGGIO PER I DCM

Le correnti RMS del Discontinous Mode sono più grandi rispetto a quelle di un Continous Mode.SVANTAGGIO PER I DCM

Il Modo Discontinuo ha meno problemi di Loop di Stabilizzazione di quello continuoVANTAGGIO PER I DCM


PROGETTAZIONE di UN FLYBACK

• Bisogna stabilire il rapporto tra le spire del primario e quelle del secondario tali che

Tensione massimaal Mosfet

Tensione Riflessa


PROGETTAZIONE di UN FLYBACK

1. Bisogna assicurarsi che il nucleo non saturi


1. I Flyback sono costruiti con nuclei tra ferrati tali da modificare la curva di isteresi in modo tale che

ENERGIA IMMAGAZZINATA = ENERGIA SPESA

1. Se il trasformatore è un Discontinous Mode bisogna che ci sia un tempo morto Tdead tale per cui:

Ton + Toff + Tdead = T

Vp x Ton = Vs x Toff

INDUTTANZA DISPERSA in un FLYBACK

Definizione di induttanza dispersa

Quantità del flusso generato dal primario che non è raccolto dal secondario (flusso disperso).L'entità di questa parte dipende principalmente dalla bontà di costruzione del trasformatore.

PRIMARY

SECONDARY

Flusso mutuo

Flusso

disperso



Quando un flusso o parte di esso non viene utilizzato, il flusso disperso fa nascere negli avvolgimenti delle induttanze che non partecipano all' accoppiamento e che perciò risultano in serie a ciascun avvolgimento.

Ld

LP LS

RSRP

RLInduttanza dispersa relativa al primario



Vdc + Vr

Vdc


IN UN FLYBACKL’INDUTTANZA DISPERSA VA AD INCREMENTARE LA TENSIONE SULMOSFET IN TOFF

Fase 2: • L’integrato si spegne• Trasferimento dell’energia immagazzinata al primario verso il secondario• All’apertura del Mosfet si manifesta un picco di tensione Vp• La Ip decade con una certa pendenza (slope)

Fase 1: Non essendovi energia immagazzinata nel trasformatore l’induttanza dispersa non dà grossi problemi.

Proviamo a dividere il funzionamento del Flyback in 3 fasi:


NsNpNs Np

b1 b2

c

Supponiamo di avere la seguente costruzione di un trasformatore


a


Sperimentalmente l’Induttanza dispersa dipende dalla seguente formula:



Dividendo l’avvolgimento primario si avrà la seguente costruzione del trasformatore

b3

a

b2

Np/2 Ns

Np/2

Np/2 Ns

Np/2



Sperimentalmente, in questo caso, l’Induttanza dispersa dipende invece dalla seguente formula:



Quindi:

• Sezionando l’avvolgimento abbiamo a moltiplicare un coefficiente più piccolo

• Più basso è il numero delle spire al primario più bassa è l’induttanza dispersa (nuclei magnetici più abbondanti riducono il numero delle spire)

• Disponendo il primario su tutta la bancata si abbassa l’induttanza dispersa

• Diminuendo la distanza tra gli avvolgimenti si abbassa l’induttanza dispersa

• Diminuendo lo spessore degli avvolgimenti si abbassa l’induttanza dispersa


VANTAGGI

• Si evita l’ utilizzo dei circuiti di clamp o snubber che hanno appunto lo scopo di limitare la sovratensione che si ha ai capi del mosfet allo spegnimento dello stesso per effetto dell’ induttanza dispersa.

• Si limitano i rumori dovuti alle emissioni EMI

• Minore perdita di tensione al secondario



SIMULAZIONE IN PSPICE CON UNA Ld = 5% di Lp=1.2mH


INDUTTANZA DISPERSA IN UN FLYBACK

SIMULAZIONE IN PSPICE CON UNA Ld = 1% di Lp=1.2mH


INDUTTANZA DISPERSA IN UN FLYBACK


CAPACITA’ PARASSITA in un FLYBACK

Definizione di capacità parassita

Una capacità parassita è quella capacità (condensatore a costante distribuita) che si genera nella costruzione di qualsiasi tipo di apparato e di componente elettronico. Accade che tra le spire affiancate di un avvolgimento o di un semplice link di poche spire si crei, per ragioni costruttive, una capacità.

Visualizzazione della Capacità parassita in un trasformatore

Ld

LP LS

RSRP

RL



Cp



Vdc + Vr

Vdc

Fase 3: • Is=0 => Vr=0• e=0 => Vdrain=Vdc• Transizione di Tensione che eccita la cella risonante Lp e Coss• Si crea quindi un’oscillazione persistente fino al successivo Ton


Oscillazione dovuta a Ld e Cp



LA CAPACITÀ VIENE DIMINUITA SE:

• SI AUMENTA LO SPESSORE DEL DIELETTRICO TRA IL 1° AVVOLGIMENTO ED IL NUCLEO• SI AUMENTA IL NUMERO DI LAYERS DI UN AVVOLGIMENTO• SI RIDUCE LA LARGHEZZA DELL’AVVOLGIMENTO• SI EVITA DI UTILIZZARE IL FILO BIFILARE, IN ALTERNATIVA SI FA SPAZIARE IL PIÙ POSSIBILE• UTILIZZO DI UNO SCHERMO CON POTENZIALE 0 TRA PRIMARIO E SECONADARIO



Strato 1

Strato N

SOLUZIONE COSTRUTTIVA A NIDO D’APE



VANTAGGI

Si evitano fenomeni di interferenza sulle correnti e sulla Vdrain

Oscillazione sulla Ip



Oscillazione sulla Ip quasi assente

Anche Ld è OK

Seminario 2008 Stefano

Travel

Transcript of Seminario 2008 Stefano