Які обмеження ефективної потужності топології зворотного перетворювача і чому?

Переглядаючи кілька різних ізольованих топологій перетворювача, ретроспективність виглядає, що це найпростіший на перший погляд. Є лише один перемикач, тому є лише один драйвер, який (за інших рівних речей) повинен зменшити вартість. Однак при високих рівнях потужності (5 кВт +) відкат, як правило, не вважається практичним. Я запитав, чому на початку своєї кар’єри, і відповіді, які я отримав, були невиразними.

Я зустрів одну людину, яка зазвичай звивала власні трансформатори; він сказав, що у нього вийшло 500 Вт з одного разу, але просто ледь і з великою кількістю перемотування для оптимізації трансформатора. Комерційні виробники, з якими я розмовляв, замовкли, або запитали, яка божевільна річ я робила, щоб хотіти такого трансформатора, який мав би такий великий.

У старій книзі, з якою я натрапив, сказано, що обертові трансформатори потрібно експлуатувати на високих частотах, і наявні комутатори не могли пережити напруження перехідного перетворювача на цих рівнях потужності. Однак не було зрозуміло, чому ці напруги були гіршими за інші топології з одним вимикачем, як перетворювачі підвищення. Також не було зрозуміло, чому частоти повинні бути такими високими. Я підозрюю, що це необхідне виключно щільне з'єднання по всьому індуктору трансформатора / з’єднання, що обмежує вибір основних матеріалів і розмірів, диктує вибір частоти, подальше диктує вибір вимикача. Але це лише здогадка.

То яка реальна угода? Яка межа ефективної межі потужності рельєфної топології та чому?

Немає жорсткого обмеження вихідної потужності від реверсивної топології. Це питання, який найкраще підходить для даної ситуації. Можна створити пропускну здатність 1 кВт, але це, швидше за все, не буде економічним. Це бізнес, де вони проводять кров'яні килими на 3-центових діодах і визнають, що найняти іншого інженера, що працює на повний робочий день, дешевше, ніж вкладати додаткові кілька копійок витрат у їхній продукт, тому не брати найкраща топологія вимог могла б сприяти кар'єрі.

Перехідний перетворювач використовує серцевину менш ефективно (означає більше грошей, розмірів і ваги для сердечника, що важливіше в міру зростання рівня потужності). Як зазначає Рассел, флісбек зберігає передану енергію в індукторі та відпускає її на вихід, на відміну від більшості інших типів, які передають енергію при включенні комутатора. Це означає, що обов'язково напруга в струмі має бути вищим, оскільки вся енергія передається одним вимикачем, і це може бути лише частину часу. (Майте на увазі, що деякі втрати пропорційні квадрату струму, тому 10А протягом 33% часу проти 3А протягом 100% часу представляють однакову потужність навантаження, але резистивні втрати в перемикачі низького робочого циклу становлять В 3,7 рази вище.

Напруга напруги на вимикачі з віддачею набагато вище (подвійне вхідне напруга) порівняно з перемикачем переднього перемикача (лише вхідне напруга). Це робить комутатор більш дорогим, особливо для MOSFET, де розмір мікросхем (і, отже, вартість) швидко збільшується з номінальною напругою, при цьому всі інші рівні. Вимикачі, які менш чутливі до напруги (за вартістю), як правило, досить повільні (BJT і IGBT), тому знову менш придатні для відкатних перетворювачів, оскільки вони потребують більшого ядра.

Зворотні перетворювачі мають ряд переваг (потенційна простота через один вимикач, не потрібні індуктори виходу, оскільки індуктивність витоку працює для вас, широкий діапазон вхідної напруги), але ці переваги переважно домінують на нижчих рівнях потужності.

Ось чому ви майже завжди бачите перехідні перетворювачі, які використовуються в адаптерах змінного струму, і ви ніколи не побачите його в блоці живлення на 250 Вт + ПК - обидва додатки, де витіснена зайва вартість, яку можна безпечно вичавити (іноді більше що!).

Минулий час сну - така коротка відповідь. Усі раді :-).

Ви розмежовуєте "відкат" і прискорення "- що може означати те саме, але не може.

Найбільш унікальною особливістю Flyback є те, що енергія, що передається, повністю зберігається в індукторі, коли перемикач увімкнена, і передається на вихід за рахунок магнітного поля, що руйнується, коли вимикач вимкнено. Деяка думка виявить, що в серцевинній сердечнику (або в тій, в якій повітряні зазори розподіляються по індуктору) енергія насправді зберігається головним чином у "повітрі" в зазорі - твердження, яке приверне "надійний протилежний коментар" . Незалежно від точного місця зберігання, енергія зберігається в магнітному полі, а підвищена потужність вимагає збільшення розміру ядра.

Перетворювачі, які передають живлення під час переключення на стан, не залежать головним чином від ядра та поля для зберігання енергії.

Для передачі більшої потужності в системі зворотного зв'язку необхідно збільшити передану енергію за цикл та / або кількість циклів в секунду. Для повністю «розрядженого» індуктора:

• $E$$\frac{1}{2}LI^2$

• $f\cdot\frac{1}{2}LI^2$

$f$
$I$
$L$

$L$$I = V\cdot t/L$$t$$V$

$f\cdot\frac{1}{2}LI^2$$I$$L$$E$

$t_{charge}$$<$$<<$ $1/f$$t_{off}$$t_{on}$

Ранні MOSFET були надзвичайно обмеженими у частоті відсічення. Сучасні БНТ набагато більш здатні, АЛЕ високошвидкісні комутації високої напруги часто є вигідними.

Отже ... ви навряд чи зможете побачити пролетні перетворювачі більше кількох сотень Вт, а зазвичай і менше.

Можливо, пізніше.

Енергія втрачається при кожному закритті ємності вимикача.

Це робить постійно зростаючу частоту непрактичною відповіддю на простір з більшим розривом у зберіганні енергії ціною меншої індуктивності.

У вас може бути велике ядро ​​з великою кількістю витків, але тоді ви втрачаєте більше в міді.

Моделі SIC, GAN і Silicon Superjunction мають значно меншу ємність, ніж найкращі пристрої десятиліття тому. Можливі жорсткі перемикачі потужних комутацій.

Найкращі методи використовують резонанс, щоб зняти частину або весь заряд, що зберігається на комутаторі, перед тим, як увімкнути його.

Перемикання пікових струмів і пікових напруг обмежують практичні потужності, але напівпровідники стають набагато кращими. Наприклад, Мосфет SiC 1200 Вольт 100 м Ом може вимкнути пік 30 ампер. Отже, можна було б подумати про 1 кВт офлайн. Незважаючи на те, що ці сучасні вимикачі мають низькі втрати на комутацію, енергія, захоплена в індуктивності витоку трансформатора, не потрапляє до навантаження, яка при використанні ортодоксальної технології трансформаторів виявиться гіршою за будь-які перспективні втрати комутації при роботі на нормальних частотах. ТАК активний затискач або все, що стосується витоку, - це паспорт на велику потужність з низькими втратами.