ความต้องการของแหล่งพลังงานไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ในการออกแบบรถยนต์ที่สร้างสรรค์ สามารถสรุปได้ดังนี้: เพิ่มพลังงาน, ปรับปรุงประสิทธิภาพ, ลดความต้องการพื้นที่และเพิ่มความน่าเชื่อถือสําหรับรถไฟฟ้า (EV) ประสิทธิภาพเป็นสิ่งสําคัญในการบรรเทา "ความกังวลในระยะทาง" ของผู้ใช้เราจําเป็นต้องให้บริการคําตอบพลังงานที่คอมพัคต์และเบาสําหรับแหล่งพลังงานสํารองและช่วยพลังงานไฟฟ้าขนาดเล็ก นํามาซึ่งปัญหามากขึ้นรวมถึงความจําเป็นในการมีความสามารถในการแยกแยกที่ดีกว่า เพื่อป้องกันการเสียไฟฟ้าระหว่างองค์ประกอบที่มีระยะห่างใกล้เคียงกันและลดการขัดขวางทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI).
เครื่องแปลงพลังงาน Flyback ใช้กันทั่วไปในอุปกรณ์รถไฟฟ้าพลังงานต่ําหลายประเภท รวมถึงการผลิตพลังงานเสริม การบริหารแบตเตอรี่ และพลังงานขับขี่ประตูมีส่วนประกอบน้อยกว่า, โดยการลดขนาด, ปรับปรุงความน่าเชื่อถือ, และลดต้นทุนซึ่งเป็นส่วนประกอบที่ใหญ่ที่สุดที่จําเป็นในการรองรับการแยกความดันสูง.
บทความนี้นําหลักการทํางานของเครื่องแปลง flyback, ผลของการปรับปรุงและ capacitance ปรสิต, และความสําคัญของขนาดส่วนประกอบและการแยกสัญญาณ.โทรฟอร์มฟลายแบ็คของบอร์นส์ถูกนํามาและอธิบายว่ามันช่วยแก้ปัญหาด้านพลังงานของรถยนต์ได้อย่างไร
เครื่องแปลง Flyback
หัวใจของเครื่องปรับเปลี่ยน flyback คือเครื่องปรับเปลี่ยน flyback ที่ให้การส่งพลังงานและการแยกระหว่างด้านหลักและด้านรองของวงจรเครื่องปรับเปลี่ยน (รูปที่ 1, บน)เครื่องแปลงสามารถเพิ่มขึ้นหรือ buck ความตึงของปั๊มพลังงาน DC ตามการตั้งค่าของแปลง flybackนอกเหนือจากเครื่องแปลง flyback วงจรยังต้องการสวิทช์ด้านหลัก (SW) (มักจะเป็น MOSFET) และเครื่องปรับ / ฟิลเตอร์รอง
สัญลักษณ์แผนผังที่เรียบง่ายขององค์ประกอบพื้นฐานของเครื่องปรับแบบ flyback
รูปที่ 1: แผนผังแผนที่เรียบง่ายของส่วนประกอบพื้นฐาน (รูปด้านบน) และรูปคลื่นการทํางานที่สําคัญ (รูปด้านล่าง) ของเครื่องแปลง flyback แสดง (แหล่งภาพ: Bourns Inc.)
โดยการวาง Vgs ในระดับสูง (รูป 1, ด้านล่าง) วงจรการทํางานเริ่มต้นเมื่อ SW เปิด. เมื่อสวิทช์ถูกปิด, ความดันที่นําไปใช้กับตัวผลักดันเป็นฟังก์ชันขั้นตอน.อินดูเตอร์สามารถตอบสนองการเปลี่ยนแปลงทันทีใด ๆ ในปัจจุบันและบูรณาการแรงดันขั้นตอนที่ใช้. นี้สร้างฟังก์ชัน ramp, โดยที่กระแสในการล่อหลักของแปลง flyback เพิ่ม linearly เนื่องจากอิทธิพลของ inductance หลัก.เนื่องจากความคลาดเคลื่อนกลับของไดโอเดสปรับ (D)ช่องว่างอากาศในแกนกลางของทรานฟอร์เมอร์ flyback สามารถป้องกันความอิ่มเมื่อสนามแม่เหล็กของทรานฟอร์เมอร์เพิ่มขึ้น
เมื่อสวิทช์ปิด (โดยการฟื้นฟู Vgs เป็นสภาพต่ํา) พลังงานที่เก็บไว้ในสนามแม่เหล็กของทรานฟอร์มจะโอนไปยังภาครองผ่านไดโอ้ด biased ต่อไปการชาร์จตัวประกอบการออก (C2).กระแสไฟฟ้าที่สองลดลงแบบเส้นตรง จนกว่าพลังงานสนามแม่เหล็กจะหมดไป หรือสวิทช์จะเปิดอีกครั้ง เริ่มต้นวงจรต่อไป
เครื่องแปลงแบบทั่วไป เช่น เครื่องแปลงในเครื่องพลังงานแบบเส้นตรง ส่งพลังงานจากเครื่องล่อหลักไปยังเครื่องล่อรองอย่างต่อเนื่องหลักการทํางานของแปลง flyback เป็นที่คล้ายกับคู่ของ inductors ติดต่อแต่เหมือนเครื่องแปลงความดันออกยังสามารถปรับโดยการเปลี่ยนแปลงอัตราการหมุนระหว่างการลวดหลักและรอง. แทรนฟอร์ม flyback ยังให้ความแยกทางไฟฟ้าระหว่างการลวดหลักและรอง นอกจากนี้ยังรองรับการลวดรองหลายทําให้เครื่องแปลงสามารถออกไฟฟ้าหลายแบบได้.
อาการปรสิตของเครื่องแปลง flyback
ในฐานะวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป เครื่องแปลง flyback มีผลกระทบจากการระตุ้นและความจุของปรสิต (รูป 2)
รูปแบบแผนภาพของเครื่องแปลง flyback
รูปที่ 2: แผนแผนของตัวแปลง flyback แสดงด้วยความจุและความจุที่ระบายตัวที่ระบุด้วยสีแดงที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบของตัวแปลง (แหล่งภาพ: Bourns Inc.)
อุปทานแม่เหล็ก (Lm) เป็นคุณสมบัติการผลักดันหลักที่กําหนดการเก็บพลังงานของเครื่องแปลง flybackยังเกี่ยวข้องกับเครื่องแปลงคือการดึงดูดการรั่วไหลของปรสิต (Llk) ในชุดกับสวิทช์เมื่อสวิตช์ถูกตัด มันจะพยายามที่จะรักษากระแสไฟฟ้าหลัก และเพิ่มความกระตุ้นผ่านสวิตช์เครื่องแปลง flyback ส่วนใหญ่ใช้วงจรคลับหรือวงจรพับเปอร์ เพื่อปกป้องสวิทช์จากผลกระทบของแรงกระชับไฟฟ้าที่ผ่านมาผลลัพธ์นี้ยังจะเพิ่มรังสีสนามแม่เหล็กและส่งผลต่อการขัดขวางทางแม่เหล็กไฟฟ้า.
ผู้ออกแบบแปลงจะพยายามอย่างเต็มที่เพื่อลดความสามารถในการระบายความรั่ว. วิธีหลักคือการเพิ่มการเชื่อมต่อระหว่างการลวดหลักและรอง.เพื่อบรรลุสิ่งนี้มันจําเป็นต้องลดระยะห่างระหว่างลวดลมและจัดเรียงมันในวิธีการระยะ.
ความจุกระจายรวมความจุหลัก (Cp) ความจุระหว่างการล่อ (Cps) ความจุรอง (Cs) ความจุออกของทรานซิสเตอร์ที่มีผลสนาม (Co)และความจุของไดโอเดสชั้นสอง (Cd)คอนเดเซนเตอร์เหล่านี้ปฏิกิริยากับอินดูเตอร์ ลดความสมบูรณ์ของรังสีสัญญาณแปลง (รูป 3)
สัญลักษณ์แผนภูมิของอิทธิพลขององค์ประกอบที่เป็นปรสิต เช่น เครื่องประกอบและเครื่องผลักดันบนรูปคลื่นสวิตช์ (คลิกเพื่อขยาย)
รูปที่ 3: อิทธิพลขององค์ประกอบที่เป็นปรสิต เช่น เครื่องประกอบและเครื่องผลักดันบนรูปคลื่นการสลับแสดง (แหล่งภาพ: Bourns Inc.)
รูปแบบคลื่นสวิตช์เป็นสิ่งที่ดีที่สุดคือผลักดันทรงสี่เหลี่ยม โดยไม่เกินหรือต่ํากว่าเวลาในการแปลงที่รวดเร็วของกระแทกสี่เหลี่ยมนี้รับประกันว่ารูปคลื่นความดันเป็นศูนย์ ก่อนที่ปัจจุบันเพิ่มขึ้นจริงๆแล้ว ผลของความจุและความจุของปรสิตสามารถชะลอเวลาในการแปลงและทําให้เกิน, ต่ํา, และสั่นสะเทือนทันทีเนื่องจากการซ้อนของความดันประถมที่ไม่ใช่ศูนย์ และรูปคลื่นกระแสปัจจุบัน, ความช้าขึ้นและตกเวลาจะเพิ่มความสูญเสียการสลับของตัวแปลง. การซ้อนกันนี้จะส่งผลให้ความสูญเสียการสลับใน FET สวิตช์, โดยการลดประสิทธิภาพของตัวแปลง.การลดลงที่สําคัญที่ด้านบนของแรงกระแทกที่เกิดจากความต้านทานภาระและ magnetizing inductance.
เมื่อออกแบบเครื่องปรับปรุงแบบฟไลแบ็คต้องพยายามที่จะเก็บความถี่ที่สะท้อนตัวเองห่างจากความถี่การสลับของตัวแปลง และสั้นสายไฟระหว่างตัวสลับและตัวแปลง flyback มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้, ซึ่งช่วยลดความจุของปรสิตให้ต่ําสุด นอกจากนี้, ความจุในการล่อรวมยังให้เส้นทางสําหรับการเชื่อมส่วนประกอบความถี่สูงของสัญญาณหลักกับผลิต.ขนาดความจุระหว่างการลวดที่ใหญ่กว่า, สังเคราะห์ EMI สังเคราะห์ EMI ของตัวแปลงที่ยิ่งใหญ่เนื่องจากการผูกพันการลมที่แน่นลงจะลดความสามารถในการระบายรั่ว แต่ยังเพิ่มความสามารถในการลมระหว่างที่นี่คือความสําคัญของประสบการณ์ของนักออกแบบแปลง
ลดขนาดและแยกสัญญาณ
ส่วนประกอบที่ใช้ในอุปกรณ์รถยนต์ ควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะทําได้มิติทางกายภาพขององค์ประกอบถูกกําหนดโดยคุณสมบัติของวัสดุและคุณสมบัติทางกายภาพของฟังก์ชันส่วนประกอบสําหรับ เครื่องแปลง flyback ระยะระหว่างสายไฟฟ้าต้องเพียงพอที่จะทนต่อความกระตุ้นในการทํางานสูงสุดและการทดสอบความกระตุ้นที่จําเป็นสําหรับการรับรองมาตรฐานข้อจํากัดหลักที่เกี่ยวข้องกับการแยกความดัน คือช่องว่างและระยะ creepage (รูป 4).