Quelles sont les limitations de puissance effective de la topologie du convertisseur flyback, et pourquoi?

En regardant plusieurs topologies de convertisseur isolées différentes, le retour en arrière semble être la plus simple à première vue. Il n'y a qu'un seul commutateur, donc il n'y a qu'un seul pilote, ce qui (toutes choses étant égales par ailleurs) devrait réduire le coût. Cependant, à des niveaux de puissance élevés (5 kW +), le retour en arrière ne semble généralement pas considéré comme pratique. J'ai demandé pourquoi au début de ma carrière et les réponses que j'ai obtenues étaient vagues.

J'ai rencontré une personne qui enroulait généralement ses propres transformateurs flyback; il a dit qu'il avait obtenu 500 W d'une fois, mais à peine, et avec beaucoup de rembobinage pour optimiser le transformateur. Les fabricants commerciaux à qui j'ai parlé se sont tus ou ont demandé ce que je faisais de fou pour vouloir un transformateur flyback aussi gros.

Un vieux livre que j'ai rencontré disait que les transformateurs flyback doivent fonctionner à des fréquences élevées, et les commutateurs disponibles ne pouvaient pas survivre aux contraintes d'un convertisseur flyback à ces niveaux de puissance. Cependant, il n'était pas clair pourquoi ces contraintes étaient pires que d'autres topologies à commutateur unique, comme les convertisseurs boost. Il n'était pas clair non plus pourquoi les fréquences devaient être si élevées. Je soupçonne que c'est parce qu'un couplage exceptionnellement serré est nécessaire à travers le transformateur / inducteur couplé, ce qui limite le choix des matériaux et des tailles de noyau, dictant le choix de la fréquence, dictant en outre la sélection du commutateur. Mais ce n'est qu'une supposition.

Alors, quelle est la vraie affaire? Quelle est la limite de puissance effective de la topologie flyback, et pourquoi?

Il n'y a pas de limite stricte à la puissance de sortie d'une topologie flyback. C'est une question qui convient le mieux à une situation donnée. On pourrait créer un flyback de 1 kW, mais ce ne serait probablement pas économique. C'est une entreprise où ils ont des réunions sang-sur-le-tapis sur des diodes de 3 cents et reconnaissent qu'il est moins cher d'embaucher un autre ingénieur à temps plein que de mettre quelques centimes de coût supplémentaires dans leur produit - afin de ne pas choisir le la meilleure topologie pour les exigences pourrait raccourcir sa carrière.

Le convertisseur flyback utilise le cœur de manière moins efficace (signifie plus d'argent, de taille et de poids pour un cœur, ce qui compte plus à mesure que les niveaux de puissance augmentent). Comme le souligne Russell, le flyback stocke l'énergie transférée dans l'inductance et la libère à la sortie, contrairement à la plupart des autres types qui transfèrent de l'énergie lorsque l'interrupteur est activé. Cela signifie nécessairement que la contrainte actuelle doit être plus élevée, car toute l'énergie est transférée par un seul interrupteur, et elle ne peut être que sur une partie du temps. (Gardez à l'esprit que certaines pertes sont proportionnelles au carré du courant, donc 10A pendant 33% du temps contre 3A pendant 100% du temps représentent la même puissance de charge, mais les pertes résistives dans le commutateur à faible rapport cyclique sont 3,7 fois plus élevé.

La tension de tension sur le commutateur dans un flyback est beaucoup plus élevée (double tension d'entrée) par rapport à un convertisseur direct à deux commutateurs (juste la tension d'entrée). Cela rend le commutateur plus cher, en particulier pour les MOSFET, où la taille de la puce (et donc le coût) augmente rapidement avec la tension nominale, toutes choses étant égales par ailleurs. Les commutateurs qui sont moins sensibles à la tension (en coût) ont tendance à être plutôt lents (BJT et IGBT), donc encore une fois moins adaptés aux convertisseurs flyback car ils nécessiteraient un noyau plus gros.

Les convertisseurs Flyback présentent un certain nombre d'avantages (simplicité potentielle en raison du commutateur unique, aucune inductance de sortie requise car l'inductance de fuite fonctionne pour vous, large plage de tension d'entrée), mais ces avantages dominent principalement à des niveaux de puissance inférieurs.

C'est pourquoi vous verrez presque toujours des convertisseurs flyback utilisés dans les adaptateurs CA, et vous ne le verrez jamais dans une alimentation 250W + PC - les deux applications où tous les coûts excédentaires sûrs ont été évincés (parfois plus que cette!).

Heure du coucher passée - réponse si courte. Tous sont contents :-).

Vous différenciez «flyback» et boost »- ce qui peut signifier la même chose, mais peut-être pas.

La caractéristique la plus unique de Flyback est que l'énergie à transférer est stockée entièrement dans l'inductance lorsque l'interrupteur est activé, et transférée à la sortie par le champ magnétique s'effondrant lorsque l'interrupteur est désactivé. Certaines réflexions révèlent que dans un noyau à ouverture d'air (ou dans lequel des entrefers sont répartis dans l'inducteur), l'énergie est en fait stockée principalement dans `` l'air '' de l'écart - une déclaration qui attirera un `` commentaire contraire robuste '' . Quel que soit l'emplacement exact de stockage, l'énergie est stockée dans le champ magnétique et une puissance accrue nécessite une taille de noyau accrue.

Les convertisseurs qui transfèrent de l'énergie pendant l'état de commutation ne dépendent pas principalement du cœur et du champ pour le stockage de l'énergie.

Pour transférer plus de puissance dans un système flyback, vous devez augmenter l'énergie transférée par cycle et / ou le nombre de cycles par seconde. Pour une inductance entièrement «déchargée»:

• $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}$

Les premiers MOSFET étaient extrêmement limités en fréquence de coupure. Les transistors FET modernes sont beaucoup plus capables MAIS pour les commutateurs IGBT à haute tension et à haute vitesse, sont souvent avantageux.

Donc ... il est peu probable que vous voyiez des convertisseurs flyback à plus de quelques centaines de watts, et généralement moins.

Plus tard peut-être.

De l'énergie est perdue à chaque fermeture de la capacité du commutateur.

Cela fait de la fréquence toujours croissante une réponse impraticable à un flycore avec un plus grand espace de stockage d'énergie au prix d'une inductance plus faible.

Vous pouvez avoir un gros noyau avec beaucoup de tours, mais vous perdez plus en cuivre.

Les mosfets SIC, GAN et Silicon Superjunction ont tous beaucoup moins de capacité que les meilleurs appareils il y a dix ans. Des flybacks à commutation dure de plus grande puissance sont possibles.

Les meilleures techniques utilisent la résonance pour éliminer tout ou partie de la charge stockée sur le commutateur avant de le mettre en marche.

Les courants de pointe et les tensions de crête limitent les sorties de puissance pratiques, MAIS les semi-conducteurs s'améliorent beaucoup. Par exemple, un Mosfet SiC 1200 Volt 100m ohm pourrait désactiver le pic de 30 ampères. On pourrait donc penser à 1Kw hors ligne. Bien que ces commutateurs modernes aient de faibles pertes de commutation, il y a l'énergie piégée dans l'inductance de fuite du transformateur qui n'atteint pas la charge qui, lorsque vous utilisez la technologie de transformateur orthodoxe, sera pire que toute perte de commutation potentielle lors d'un fonctionnement à des fréquences normales. Une pince si active ou tout ce qui résout les fuites est le passeport pour une puissance élevée avec de faibles pertes.