Schaltfrequenz für Flyback-Quasi-Resonanzwandler

Wie Sie richtig darauf hingewiesen haben, ist ein Quasi-Rechteckwellen-Resonanzwandler, der umgangssprachlich als Quasi-Resonanzwandler (QR) bezeichnet wird, ein selbstentspannender Wandler: Außer zu Klemmzwecken befindet sich in der Steuerung kein Takt. Die Schaltfrequenz variiert mit den Betriebsbedingungen. Es ist niedrig bei niedriger Leitung und hoher Leistung, es ist hoch bei hoher Leitung und niedriger Leistung.

QR-Konverter sind aus verschiedenen Gründen beliebt:

1. Sie arbeiten unabhängig von den Betriebsbedingungen immer im diskontinuierlichen Leitungsmodus (DCM).
2. als solche bleiben sie ein System 1. Ordnung und sind in der Strommodusregelung leicht zu stabilisieren.
3. Wenn Sie vor dem Einschalten des Netzschalters eine Totzeit einfügen, können Sie diese warten$v_{DS}(t)$ein Minimum oder ein Tal durchläuft - daher der Begriff Talschaltbetrieb - und die Schaltverluste potentiell auf Null (ZVS) reduzieren, wenn das Tal den Boden berührt.
4. Aufgrund des DCM-Betriebs ist das Ansteuern eines Synchrongleichrichters sicherer als im kontinuierlichen Leitungsmodus (CCM), da Durchschussströme minimiert werden.
5. ausgezeichnetes Verhalten im Kurzschluss und die Ausgangsdiode liebt es. Dies war einer der Gründe, warum QR-Konverter in CRT-TV-Anwendungen mit einer trägen Hochspannungsdiode und einer Hochspannungs-Ausgangsschiene beliebt waren.

Sie haben jedoch einige Nachteile:

1. Die Frequenz variiert entlang des Betriebsbereichs.
2. Überleistung ist ein Problem bei AC/DC-Anwendungen: Die verfügbare Leistung bei niedriger Leitung wird bei hoher Leitung mehr als verdoppelt, und das Überlastmanagement ist schwierig.
3. hoher Welligkeitsstrom, der die Auswahl kostspieliger Ausgangskondensatoren erzwingt, die einem hohen Effektivstrom ausgesetzt sind.
4. kann in Kurzschlusssituationen laut sein und manche Kunden mögen es vielleicht nicht (ich hatte den Fall einmal).

Hier ist eine Aufnahme einer typischen Drain-Source-Spannung, bei der das Tal deutlich zu sehen ist:

Bei der Steuerung im Spitzenstrommodus passt die Schleife den Sollwert an und legt indirekt die Einschaltzeit unter Berücksichtigung der Primärinduktivität und der Eingangsspannung fest. Die Steilheit der Ausschaltzeit ist konstant und hängt von der reflektierten Ausgangsspannung ab. Dann addieren Sie die Totzeit DT, um die Talumschaltung sicherzustellen. Unten ist eine Aufnahme der Betriebsfrequenz und des Spitzenstroms, wie in dem Buch beschrieben , das ich über Netzteile geschrieben habe:

Nun, da wir etwas mehr über diesen Konverter wissen, sehen wir uns Ihre Fragen an:

• Wie wähle ich die Betriebsfrequenz? Wie Sie sich vorstellen können, gibt es keine eindeutige Antwort, aber bei AC/DC-Anwendungen möchten die Leute sich vom hörbaren Bereich fernhalten. Sie wählen die Primärinduktivität und das Übersetzungsverhältnis des Transformators so, dass der Wandler bei voller Leistung und niedriger Leitung über den 30-kHz-Bereich hinaus arbeitet. Allerdings hängt die Leistung, die von einem DCM-Flyback (Discontinuous Conduction Mode) geliefert wird, von der Frequenz und dem Spitzenstrom ab. Daher ist es eine Sache, über 30 kHz zu bleiben, aber Sie möchten vielleicht näher an 50-60 kHz arbeiten, um den Spitzenstrom zu reduzieren und die Transformatorgröße zu begrenzen. Dann wissen Sie, dass die Schaltfrequenz zunimmt, wenn die Leitung ansteigt, aber auch, wenn die Last geringer wird. Auf welche maximale Frequenz willst du dich beschränken? Weil wir die Verluste kennen, die Hochfrequenzbetrieb mit sich bringt, aber auch elektromagnetische Störungen (EMI). Sie müssen also Iterationen mit diesen Zielen im Hinterkopf durchlaufen und sehen, welche Transformatorgröße jedes Szenario (welche minimalen und maximalen Frequenzen) bringt.
• Zum Trafo: nein, die Primärinduktivität$L_p$ändert sich während des Betriebs nicht, es sei denn, Sie nähern sich natürlich der Sättigung. Wir wissen, dass die Transformatorverluste – Kupfer und Eisen – zunehmen werden$F_{sw}$und die Effizienz leidet. Es ist klar, dass Sie, wenn Ihr nominaler Arbeitspunkt 400 kHz beträgt, Drähte und Kern entsprechend auswählen müssen. Wenn Ihr Nennpunkt bei 70 kHz liegt und Sie im Leichtlastzustand auf 150 kHz gehen, bevor die Frequenz geklemmt wird, sprechen wir offensichtlich von anderen Bedingungen für den Transformator. Nachdem Sie also einige Iterationen bei der Induktivitätsauswahl, dem Transformatorwindungsverhältnis usw. durchgeführt haben, haben Sie ein besseres Bild davon, wie hoch die Nennbetriebsfrequenz ist und welches Draht- und Kernmaterial Sie bevorzugen.

Als letzte Anmerkung sollten Sie sich das Controller-Angebot genau ansehen, da es viele verschiedene Strategien gibt. Ich persönlich bevorzuge einen freilaufenden Betrieb bis zum Erreichen einer maximalen Frequenz (Frequency Clamp), um Verluste zu begrenzen und dann durch einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) allmählich zu reduzieren, wenn der Laststrom geringer wird. Viele Chips zur Auswahl!