La demande de sources d'alimentation électriques et électroniques dans la conception innovante de l'automobile peut être résumée comme suit: augmentation de la puissance, amélioration de l'efficacité, réduction des besoins en espace,et améliorer la fiabilitéPour les véhicules électriques (VE), l'efficacité est cruciale pour atténuer l'anxiété des utilisateurs.Nous devons fournir des solutions électriques compactes et légères pour les sources d'alimentation de secours et auxiliairesLes petites sources d'alimentation posent plus de défis.y compris la nécessité d'une plus grande capacité d'isolation pour prévenir les pannes électriques entre les composants à distance plus étroite et réduire les interférences électromagnétiques (EMI).
Les convertisseurs de puissance de retour en vol sont couramment utilisés dans diverses applications de véhicules électriques à faible puissance, y compris la production d'énergie auxiliaire, la gestion de la batterie et la puissance de la porte d'entraînement.avec moins de composants, réduisant ainsi la taille, améliorant la fiabilité et réduisant les coûts.qui est généralement l'un des plus grands composants requis pour supporter l'isolation haute tension.
Cet article présente le principe de fonctionnement des convertisseurs flyback, les effets de l'inductivité et de la capacité parasites, ainsi que l'importance de la taille des composants et de l'isolement du signal.Le transformateur de Bourns a été introduit., et comment il a aidé à résoudre de nombreux problèmes d'alimentation automobile.
Convertisseur de retour en vol
Le noyau d'un convertisseur à rétroaction est un transformateur à rétroaction, qui assure la transmission de l'énergie et l'isolation entre les côtés primaire et secondaire du circuit de convertisseur (figure 1, en haut).Le convertisseur peut augmenter ou contre la tension de l'alimentation en courant continu selon la configuration du transformateur flybackEn plus d'un transformateur à rétroaction, le circuit nécessite également un interrupteur latéral principal (SW) (généralement un MOSFET) et un redresseur/filtre secondaire.
Diagramme schématique simplifié des composants de base du convertisseur flyback
Figure 1: Un schéma simplifié des composants de base (figure supérieure) et des formes d'onde de fonctionnement importantes (figure inférieure) d'un convertisseur flyback est montré (source d'image: Bourns Inc.)
En plaçant Vgs dans un état de niveau élevé (Figure 1, bas), le cycle de travail commence lorsque SW est allumé.Les inducteurs peuvent contrer tout changement instantané de courant et intégrer la tension d'étape appliquéeCela crée une fonction de rampe, où le courant dans l'enroulement primaire du transformateur de retour augmente linéairement en raison de l'influence de l'inductivité primaire.En raison du biais inverse de la diode rectificatrice (D)L'écart d'air dans le noyau du transformateur de retour peut empêcher la saturation lorsque le champ magnétique du transformateur augmente.
Lorsque l'interrupteur est éteint (en rétablissant Vgs à un état bas), l'énergie stockée dans le champ magnétique du transformateur est transférée au champ secondaire par la diode orientée vers l'avant,chargement du condensateur de sortie (C2)Le courant secondaire diminue linéairement jusqu'à épuisement de l'énergie du champ magnétique ou à l'ouverture de nouveau de l'interrupteur, début du cycle suivant.
Un transformateur typique, tel qu'un transformateur dans une alimentation linéaire, transfère en continu l'énergie de l'enroulement primaire à l'enroulement secondaire.Le principe de fonctionnement d'un transformateur flyback est plus similaire à une paire d'inducteurs couplésCependant, comme les transformateurs, les transformateurs électroniques sont des transformateurs qui ne produisent pas d'énergie en continu.la tension de sortie peut également être réglée en modifiant le rapport de virage entre les enroulements primaires et secondairesLe transformateur flyback assure également l'isolation électrique entre les enroulements primaires et secondaires.permettant au convertisseur de produire plusieurs tensions.
Effets parasitaires des convertisseurs à rétroaction
En tant que circuit électronique typique, les convertisseurs flyback sont affectés par l'inductivité et la capacité parasites (figure 2).
Image schématique du convertisseur de retour en vol
Figure 2: Le schéma schématique du convertisseur flyback est montré, avec la capacité parasitaire et l'inductivité en rouge mis en évidence liées aux composants du convertisseur. (Source d'image: Bourns Inc.)
L'inductivité magnétisée (Lm) est la principale propriété inductive qui détermine le stockage d'énergie des transformateurs flyback.L'inductivité de fuite parasitaire (Llk) est également liée aux transformateurs en série avec des interrupteursLorsque le commutateur est déconnecté, il tente de maintenir le courant primaire et d'augmenter la tension à travers le commutateur.La plupart des convertisseurs flyback utilisent des circuits de pince ou des circuits tampons pour protéger les interrupteurs des effets de telles tensions transitoiresCet effet augmentera également le rayonnement du champ magnétique et affectera les interférences électromagnétiques.
Les concepteurs de transformateurs feront tout leur possible pour minimiser l'inductivité de fuite.il est nécessaire de minimiser l'espacement entre les enroulements et de les disposer de manière échelonnée.
La capacité distribuée comprend la capacité primaire (Cp), la capacité inter-enroulement (Cps), la capacité secondaire (Cs), la capacité de sortie du transistor à effet de champ (Co),et capacité de diode secondaire (Cd)Ces condensateurs interagissent avec les inducteurs, réduisant l'intégrité de la forme d'onde du signal convertisseur (figure 3).
Diagramme schématique de l'influence des composants parasites tels que les condensateurs et les inducteurs sur les formes d'onde des commutateurs (cliquez pour agrandir)
La figure 3 montre l'influence des composants parasites tels que les condensateurs et les inducteurs sur la forme d'onde de commutation.
La forme d'onde du commutateur est de préférence une impulsion rectangulaire sans dépassement ou sous-dépassement.Le temps de conversion rapide de cette impulsion rectangulaire assure que la forme d'onde de tension est à zéro avant que le courant augmenteEn fait, les effets de la capacitance parasitaire et de l'inductivité peuvent ralentir le temps de conversion et provoquer un dépassement, un dépassement et une oscillation instantanée.en raison du chevauchement des formes d'onde de tension primaire et de courant autres que zéroCette superposition entraînera des pertes de commutation dans les commutateurs FET, réduisant ainsi l'efficacité du convertisseur.La diminution significative au sommet de l'impulsion est causée par la résistance à la charge et l'inductivité magnétisante.
Lors de la conception d'un transformateur flyback,Les efforts doivent être faits pour maintenir la fréquence d'auto-résonance loin de la fréquence de commutation du convertisseur et pour raccourcir le câblage entre l'interrupteur et le transformateur flyback autant que possible.En outre, la capacité d'enroulement fournit également un chemin pour l'accouplement des composants à haute fréquence du signal primaire à la sortie.Plus la capacité entre les enroulements est grandePour obtenir des performances optimales, des compromis doivent être faits dans la conception,l'accouplement plus serré réduit l'inductivité de fuite mais augmente également la capacité d'inter-enroulementC'est là que réside l'importance de l'expérience des concepteurs de transformateurs.
Réduire la taille et isoler les signaux
Les composants utilisés dans les applications automobiles doivent être aussi petits que possible.Les dimensions physiques des composants sont déterminées par les propriétés des matériaux et les caractéristiques physiques de la fonctionnalité des composants.Pour les transformateurs à rétroaction, l'espacement entre les conducteurs doit être suffisant pour résister à la tension de fonctionnement maximale et aux essais de tension requis pour la certification standard.Les spécifications clés relatives à la décomposition de la tension sont la distance d'écart et de glissement (figure 4).