ఫ్లైబ్యాక్ కన్వర్టర్ సర్క్యూట్

ఎలక్ట్రానిక్స్లో, రెగ్యులేటర్ అనేది పరికరం లేదా యంత్రాంగం, ఇది శక్తి ఉత్పత్తిని నిరంతరం నియంత్రించగలదు. విద్యుత్ సరఫరా డొమైన్‌లో వివిధ రకాల నియంత్రకాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి. కానీ ప్రధానంగా, DC నుండి DC మార్పిడి విషయంలో, రెండు రకాల నియంత్రకాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి: లీనియర్ లేదా స్విచ్చింగ్.

ఒక లీనియర్ రెగ్యులేటర్ రెసిస్టివ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ ఉపయోగించి అవుట్పుట్ను నియంత్రిస్తుంది. ఈ కారణంగా లీనియర్ రెగ్యులేటర్లు తక్కువ సామర్థ్యాన్ని అందిస్తాయి మరియు వేడి రూపంలో శక్తిని కోల్పోతాయి. మారే నియంత్రకం ఉపయోగం ప్రేరకం, డయోడ్, మరియు అవుట్పుట్ దాని మూలం నుండి బదిలీ ఎనర్జీ ఒక శక్తి స్విచ్.

స్విచ్చింగ్ రెగ్యులేటర్ రకాలు

స్విచింగ్ రెగ్యులేటర్లు మూడు రకాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి.

1. స్టెప్-అప్ కన్వర్టర్ (బూస్ట్ రెగ్యులేటర్)

2. స్టెప్-డౌన్ కన్వర్టర్ (బక్ రెగ్యులేటర్)

3. ఫ్లైబ్యాక్ కన్వర్టర్ (వివిక్త రెగ్యులేటర్)

మేము ఇప్పటికే బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ మరియు బక్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్‌ను వివరించాము. ఈ ట్యుటోరియల్‌లో, మేము ఫ్లైబ్యాక్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్‌ను వివరిస్తాము.

బక్ మరియు ప్రోత్సాహాన్ని నియంత్రకం మధ్య వ్యత్యాసం ప్రేరకం, డయోడ్ ప్లేస్ బక్ నియంత్రకం, మరియు మారే సర్క్యూట్ బూస్ట్ నియంత్రకం కంటే భిన్నంగా ఉంటుంది. అలాగే, బూస్ట్ రెగ్యులేటర్ విషయంలో అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, కానీ బక్ రెగ్యులేటర్లో, అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. SMPS లో ఎక్కువగా ఉపయోగించే ప్రాథమిక టోపోలాజీలో బక్ టోపోలాజీ లేదా బక్ కన్వర్టర్ ఒకటి. అధిక వోల్టేజ్‌ను తక్కువ అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్‌గా మార్చాల్సిన అవసరం ఉన్న ప్రముఖ ఎంపిక ఇది.

ఆ రెగ్యులేటర్లు కాకుండా, మరొక రెగ్యులేటర్ ఉంది, ఇది అన్ని డిజైనర్లలో ప్రసిద్ధ ఎంపిక, ఇది ఫ్లైబ్యాక్ రెగ్యులేటర్ లేదా ఫ్లైబ్యాక్ కన్వర్టర్. ఇది ఒక బహుముఖ టోపోలాజీ, ఇది ఒకే అవుట్పుట్ సరఫరా నుండి బహుళ ఉత్పాదనలు అవసరమయ్యే చోట ఉపయోగించవచ్చు. అంతే కాదు, ఫ్లైబ్యాక్ టోపోలాజీ అదే సమయంలో అవుట్పుట్ యొక్క ధ్రువణతను మార్చడానికి డిజైనర్‌ను అనుమతిస్తుంది. ఉదాహరణకు, మేము ఒకే కన్వర్టర్ మాడ్యూల్ నుండి + 5 వి, + 9 వి మరియు -9 వి అవుట్‌పుట్‌ను సృష్టించవచ్చు. మార్పిడి సామర్థ్యం రెండు సందర్భాల్లోనూ ఎక్కువగా ఉంటుంది.

ఫ్లైబ్యాక్ కన్వర్టర్‌లోని మరో విషయం ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ రెండింటిలో విద్యుత్ ఐసోలేషన్. మనకు ఒంటరిగా ఎందుకు అవసరం? కొన్ని ప్రత్యేక సందర్భాల్లో, విద్యుత్ శబ్దాన్ని తగ్గించడానికి మరియు భద్రతకు సంబంధించిన కార్యకలాపాలకు, మాకు వివిక్త ఆపరేషన్ అవసరం, ఇక్కడ ఇన్పుట్ మూలం అవుట్పుట్ మూలం నుండి పూర్తిగా వేరుచేయబడుతుంది. ప్రాథమిక సింగిల్ అవుట్పుట్ ఫ్లైబ్యాక్ ఆపరేషన్ను అన్వేషించండి.

ఫ్లైబ్యాక్ కన్వర్టర్ యొక్క సర్క్యూట్ ఆపరేషన్

దిగువ చిత్రం వంటి ప్రాథమిక సింగిల్ అవుట్పుట్ ఫ్లైబ్యాక్ డిజైన్‌ను మనం చూస్తే, ఒకదాన్ని నిర్మించడానికి అవసరమైన ప్రాథమిక ప్రధాన భాగాలను మేము గుర్తిస్తాము.

ప్రాథమిక ఫ్లైబ్యాక్ కన్వర్టర్‌కు స్విచ్ అవసరం, ఇది FET లేదా ట్రాన్సిస్టర్, ట్రాన్స్‌ఫార్మర్, అవుట్పుట్ డయోడ్, కెపాసిటర్ కావచ్చు.

ప్రధాన విషయం ట్రాన్స్ఫార్మర్. అసలు సర్క్యూట్ ఆపరేషన్‌ను అర్థం చేసుకోవడానికి ముందు ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ యొక్క సరైన పనిని మనం అర్థం చేసుకోవాలి.

ట్రాన్స్ఫార్మర్లో సెకండరీ మరియు ప్రైమరీ కాయిల్ అని పిలువబడే కనిష్ట రెండు ప్రేరకాలు ఉంటాయి, ఈ మధ్య ఒక కాయిల్ ఉన్న కాయిల్‌లో మూసివేయబడతాయి. కోర్ ఒక వైండింగ్ నుండి మరొకదానికి విద్యుత్ శక్తిని బదిలీ చేయడానికి ఒక ముఖ్యమైన పారామితి అయిన ఫ్లక్స్ సాంద్రతను నిర్ణయిస్తుంది. మరొక అతి ముఖ్యమైన విషయం ఏమిటంటే, ట్రాన్స్ఫార్మర్ దశ, ప్రాధమిక మరియు ద్వితీయ వైండింగ్లో చూపిన చుక్కలు.

అలాగే, మనం చూడగలిగినట్లుగా, ట్రాన్సిస్టర్ స్విచ్‌లో PWM సిగ్నల్ అనుసంధానించబడి ఉంది. స్విచ్ ఆఫ్ చేసే సమయం మరియు ఆన్ చేసే ఫ్రీక్వెన్సీ దీనికి కారణం. పిడబ్ల్యుఎం అంటే పల్స్ వెడల్పు మాడ్యులేషన్ టెక్నిక్.

ఫ్లైబ్యాక్ రెగ్యులేటర్‌లో, రెండు సర్క్యూట్ ఆపరేషన్ ఉంది, ఒకటి ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ యొక్క ప్రాధమిక వైండింగ్ ఛార్జ్ అయినప్పుడు ఒకటి స్విచ్ ఆన్ దశ, మరియు మరొకటి స్విచ్ ఆఫ్ లేదా ట్రాన్స్ఫార్మర్ యొక్క బదిలీ దశ విద్యుత్ శక్తి ప్రాధమిక నుండి ద్వితీయానికి బదిలీ అయినప్పుడు మరియు చివరకు లోడ్.

స్విచ్ చాలాకాలంగా ఆపివేయబడిందని మేము అనుకుంటే, సర్క్యూట్లో కరెంట్ 0 మరియు వోల్టేజ్ లేదు.

ఈ పరిస్థితిలో, స్విచ్ ఆన్ చేయబడితే ప్రస్తుతము పెరుగుతుంది మరియు ఇండక్టరు వోల్టేజ్ డ్రాప్‌ను సృష్టిస్తుంది, ఇది ప్రాధమిక చుక్కల చివరలో వోల్టేజ్ మరింత ప్రతికూలంగా ఉన్నందున డాట్-నెగటివ్. ఈ పరిస్థితిలో, కోర్లో ఉత్పత్తి అయ్యే ఫ్లక్స్ కారణంగా శక్తి ద్వితీయానికి ప్రవహిస్తుంది. ద్వితీయ కాయిల్‌పై, అదే ధ్రువణతలో వోల్టేజ్ సృష్టించబడుతుంది, అయితే వోల్టేజ్ సెకండరీ నుండి ప్రైమరీ కాయిల్ టర్న్స్ రేషియోతో నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. డాట్ నెగటివ్ వోల్టేజ్ కారణంగా, డయోడ్ ఆపివేయబడుతుంది మరియు సెకండరీలో కరెంట్ ప్రవహించదు. మునుపటి స్విచ్-ఆఫ్-ఆన్ చక్రంలో కెపాసిటర్ ఛార్జ్ చేయబడితే, అవుట్పుట్ కెపాసిటర్ లోడ్కు అవుట్పుట్ కరెంట్ను మాత్రమే అందిస్తుంది.

తరువాతి దశలో, స్విచ్ ఆపివేయబడినప్పుడు, ప్రాధమిక అంతటా ప్రస్తుత ప్రవాహం తగ్గుతుంది మరియు తద్వారా ద్వితీయ చుక్క ముగింపు మరింత సానుకూలంగా ఉంటుంది. మునుపటి స్విచ్ ఆన్ దశలో ఉన్నట్లే, ప్రాధమిక వోల్టేజ్ ధ్రువణత ద్వితీయంలో కూడా అదే ధ్రువణతను సృష్టిస్తుంది, అయితే ద్వితీయ వోల్టేజ్ ప్రాధమిక మరియు ద్వితీయ వైండింగ్ నిష్పత్తితో అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. డాట్ పాజిటివ్ ఎండ్ కారణంగా, డయోడ్ ఆన్ అవుతుంది మరియు ట్రాన్స్ఫార్మర్ యొక్క సెకండరీ ఇండక్టర్ అవుట్పుట్ కెపాసిటర్ మరియు లోడ్కు కరెంట్ను అందిస్తుంది. ON చక్రంలో కెపాసిటర్ ఛార్జ్‌ను కోల్పోయింది, ఇప్పుడు అది మళ్లీ రీఫిల్ చేయబడింది మరియు స్విచ్ ఆన్ సమయంలో లోడ్‌కు ఛార్జ్ కరెంట్‌ను అందించగలదు.

మొత్తం స్విచ్ ఆన్ మరియు ఆఫ్ చక్రంలో, అవుట్పుట్ విద్యుత్ వనరుకు ఇన్పుట్ విద్యుత్ సరఫరా మధ్య విద్యుత్ కనెక్షన్లు లేవు. అందువలన, ట్రాన్స్ఫార్మర్ ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ను వేరు చేస్తుంది.

స్విచ్ ఆన్ మరియు ఆఫ్ టైమింగ్‌ను బట్టి రెండు ఆపరేషన్ రీతులు ఉన్నాయి. ఫ్లైబ్యాక్ కన్వర్టర్ నిరంతర మోడ్ లేదా నిరంతర మోడ్‌లో పనిచేయగలదు.

లో నిరంతర మోడ్, ప్రైమరీ ఛార్జ్ ముందు, ప్రస్తుత జీరో, చక్రం పునరావృతం వెళ్తాడు. మరోవైపు, నిరంతర మోడ్‌లో, ప్రాధమిక ఇండక్టర్ కరెంట్ జీరోకి వెళ్ళినప్పుడు మాత్రమే తదుపరి చక్రం ప్రారంభమవుతుంది.

సమర్థత

ఇప్పుడు, మేము సామర్థ్యాన్ని పరిశీలిస్తే, ఇది ఇన్పుట్ శక్తికి అవుట్పుట్ యొక్క నిష్పత్తి:

(పౌట్ / పిన్) x 100%

శక్తిని సృష్టించలేము లేదా నాశనం చేయలేము కాబట్టి, దానిని మాత్రమే మార్చవచ్చు, చాలా విద్యుత్ శక్తులు ఉపయోగించని శక్తులను వేడిలోకి వదులుతాయి. అలాగే, ఆచరణాత్మక రంగంలో ఆదర్శవంతమైన పరిస్థితి లేదు. వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్లను ఎంచుకోవడానికి సామర్థ్యం ఒక పెద్ద అంశం.

స్విచ్చింగ్ రెగ్యులేటర్ యొక్క శక్తి-నష్ట కారకాలలో ఒకటి డయోడ్. ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ కరెంట్ (Vf xi) ద్వారా గుణించాలి, ఉపయోగించని వాటేజ్ ఇది వేడిగా మార్చబడుతుంది మరియు స్విచింగ్ రెగ్యులేటర్ సర్క్యూట్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది. అలాగే, హీట్‌సింక్‌ను ఉపయోగించడం వంటి థర్మల్ / హీట్ మేనేజ్‌మెంట్ టెక్నిక్‌ల కోసం సర్క్యూట్‌కి అదనపు ఖర్చు, లేదా వెదజల్లుతున్న వేడి నుండి సర్క్యూట్‌ని చల్లబరచడానికి అభిమానులు. ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ మాత్రమే కాదు, సిలికాన్ డయోడ్ల కోసం రివర్స్ రికవరీ కూడా అనవసరమైన విద్యుత్ నష్టాన్ని మరియు మొత్తం సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది.

ప్రామాణిక రికవరీ డయోడ్‌ను నివారించడానికి ఉత్తమమైన మార్గం షాట్కీ డయోడ్‌లను ఉపయోగించడం, ఇవి తక్కువ ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ మరియు మెరుగైన రివర్స్ రికవరీ కలిగి ఉంటాయి. మరొక కోణంలో, స్విచ్ ఆధునిక మోస్ఫెట్ డిజైన్‌కు మార్చబడింది, ఇక్కడ కాంపాక్ట్ మరియు చిన్న ప్యాకేజీలో సామర్థ్యం మెరుగుపడుతుంది.

స్విచ్చింగ్ రెగ్యులేటర్లలో అధిక సామర్థ్యం, ​​స్థిర రూపకల్పన సాంకేతికత, చిన్న భాగం ఉన్నప్పటికీ, అవి సరళ నియంత్రకం కంటే ధ్వనించేవి, అయినప్పటికీ అవి విస్తృతంగా ప్రాచుర్యం పొందాయి.

LM5160 ఉపయోగించి ఫ్లైబ్యాక్ కన్వర్టర్ యొక్క ఉదాహరణ డిజైన్

మేము టెక్సాస్ ఇన్స్ట్రుమెంట్స్ నుండి ఫ్లైబ్యాక్ టోపోలాజీని ఉపయోగిస్తాము. డేటాషీట్లో సర్క్యూట్ అందుబాటులో ఉంటుంది.

LM5160 లక్షణాలు క్రింది కలిగి

• విస్తృత 4.5 వి నుండి 65 వి ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ పరిధి
• ఇంటిగ్రేటెడ్ హై-సైడ్ మరియు లో-సైడ్ స్విచ్‌లు
  • బాహ్య షాట్కీ డయోడ్ అవసరం లేదు
• 2-ఎ గరిష్ట లోడ్ కరెంట్
• అడాప్టివ్ కాన్స్టాంట్ ఆన్-టైమ్ కంట్రోల్
  • బాహ్య లూప్ పరిహారం లేదు
  • వేగవంతమైన తాత్కాలిక ప్రతిస్పందన
• ఎంచుకోదగిన బలవంతపు PWM లేదా DCM ఆపరేషన్
  • FPWM బహుళ-అవుట్పుట్ ఫ్లై-బక్కు మద్దతు ఇస్తుంది
• దాదాపు స్థిరమైన మారే ఫ్రీక్వెన్సీ
  • 1 MHz వరకు సర్దుబాటు చేయగల రెసిస్టర్
• ప్రోగ్రామ్ సాఫ్ట్ స్టార్ట్ టైమ్
• ప్రీబయాస్డ్ స్టార్ట్-అప్
• ± 1% అభిప్రాయం వోల్టేజ్ సూచన
• LM5160A బాహ్య VCC బయాస్‌ను అనుమతిస్తుంది
• దృ Design మైన డిజైన్ కోసం స్వాభావిక రక్షణ లక్షణాలు
  • పీక్ కరెంట్ లిమిటింగ్ ప్రొటెక్షన్
  • సర్దుబాటు ఇన్పుట్ UVLO మరియు హిస్టెరిసిస్
  • VCC మరియు గేట్ డ్రైవ్ UVLO రక్షణ
  • హిస్టెరిసిస్తో థర్మల్ షట్డౌన్ ప్రొటెక్షన్
• WEBENCH® పవర్ డిజైనర్‌తో LM5160A ఉపయోగించి అనుకూల డిజైన్‌ను సృష్టించండి

ఇది 4.5V నుండి 70V వరకు విస్తృత ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ పరిధిని ఇన్పుట్గా మద్దతు ఇస్తుంది మరియు అవుట్పుట్ కరెంట్ యొక్క 2A ను అందిస్తుంది. మేము బలవంతపు PWM లేదా DCM ఆపరేషన్లను కూడా ఎంచుకోవచ్చు.

LM5160 యొక్క పిన్అవుట్

ఐసి డిఐపి ప్యాకేజీలో లేదా తేలికగా అమ్మగలిగే సంస్కరణలో అందుబాటులో లేదు, ఇది ఒక సమస్య అయినప్పటికీ ఐసి చాలా పిసిబి స్థలాన్ని ఆదా చేస్తుంది మరియు పిసిబి హీట్సింక్ కంటే ఎక్కువ ఉష్ణ పనితీరును ఆదా చేస్తుంది. పిన్ రేఖాచిత్రం పై చిత్రంలో చూపబడింది.

నిరపేక్ష గరిష్ట రేటింగులు

ఐసి యొక్క సంపూర్ణ గరిష్ట రేటింగ్ గురించి మనం జాగ్రత్తగా ఉండాలి.

SS మరియు FB పిన్ తక్కువ వోల్టేజ్ టాలరెన్స్ కలిగి ఉంది.

ఫ్లైబ్యాక్ కన్వర్టర్ సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రం మరియు పని

ఈ LM5160 ను ఉపయోగించడం ద్వారా మేము ఈ క్రింది స్పెక్ ఆధారంగా 12V వివిక్త విద్యుత్ సరఫరాను అనుకరిస్తాము. తయారీదారు వెబ్‌సైట్‌లో ప్రతిదీ అందుబాటులో ఉన్నందున మేము సర్క్యూట్‌ను ఎంచుకున్నాము.

స్కీమాటిక్ చాలా భాగాలను ఉపయోగిస్తుంది కాని అర్థం చేసుకోవడం సంక్లిష్టంగా లేదు. ఇన్పుట్లోని C6, C7 మరియు C8 ఇన్పుట్ సరఫరా యొక్క వడపోత కోసం ఉపయోగించబడతాయి. అండర్ వోల్టేజ్ లాకౌట్ సంబంధిత ప్రయోజనాల కోసం R6 మరియు R10 ఉపయోగించబడతాయి. R7 రెసిస్టర్ ఆన్ టైమ్ సంబంధిత ప్రయోజనం కోసం. ఈ పిన్ సాధారణ రెసిస్టర్‌ను ఉపయోగించి ప్రోగ్రామబుల్. ఎస్ఎస్ పిన్ అంతటా అనుసంధానించబడిన సి 13 కెపాసిటర్ మృదువైన ప్రారంభ కెపాసిటర్. AGND (అనలాగ్ గ్రౌండ్) మరియు PGND (పవర్ గ్రౌండ్) మరియు PAD సరఫరా GND తో అనుసంధానించబడి ఉన్నాయి. కుడి వైపున, C5, 0.01 uF కెపాసిటర్ బూట్స్ట్రాప్ కెపాసిటర్, ఇది గేట్ డ్రైవర్ యొక్క పక్షపాతం కోసం ఉపయోగించబడుతుంది. R4, C4 మరియు C9 అలల వడపోత, ఇక్కడ R8 మరియు R9 LM5160 యొక్క ఫీడ్‌బ్యాక్ పిన్‌కు ఫీడ్‌బ్యాక్ వోల్టేజ్‌ను అందిస్తాయి. ఈ రెండు రెసిస్టర్లు రేషన్ అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ను నిర్ణయిస్తుంది. ప్రాధమిక కాని వివిక్త అవుట్పుట్ వడపోత కోసం C10 మరియు C11 ఉపయోగించబడతాయి.

ఒక ప్రధాన భాగం T1. ఇది ప్రాధమిక మరియు ద్వితీయ, రెండు వైపులా 60uH ప్రేరకంతో కపుల్డ్ ఇండక్టర్. మేము ఈ క్రింది స్పెసిఫికేషన్‌తో మరే ఇతర కపుల్డ్ ఇండక్టర్ లేదా సెపిక్ ఇండక్టర్‌ను ఎంచుకోవచ్చు-

1. నిష్పత్తి SEC: PRI = 1.5: 1 ను మారుస్తుంది
2. ఇండక్టెన్స్ = 60uH
3. సంతృప్త కరెంట్ = 840 ఎంఏ
4. DC రెసిస్టెన్స్ PRIMARY = 0.071 ఓంలు
5. DC రెసిస్టెన్స్ SECONDARY = 0.211 ఓంలు
6. ఫ్రీక్ = 150 kHz

C3 EMI స్థిరత్వం కోసం ఉపయోగించబడుతుంది. D1 అనేది ఫార్వర్డ్ డయోడ్ మరియు అవుట్పుట్ను మారుస్తుంది మరియు C1, C2 ఫిల్టర్ క్యాప్స్, R2 అనేది స్టార్టప్ కోసం అవసరమైన కనీస లోడ్.

కస్టమ్ స్పెసిఫికేషన్ల కోసం విద్యుత్ సరఫరాను చేయాలనుకునేవారు మరియు విలువను లెక్కించాలనుకునేవారు, తయారీదారు అద్భుతమైన ఎక్సెల్ సాధనాన్ని అందిస్తుంది, ఇక్కడ మీరు డేటాను ఉంచండి మరియు ఎక్సెల్ డేటాషీట్లో అందించిన సూత్రాలను బట్టి భాగాల విలువను లెక్కిస్తుంది.

తయారీదారు స్పైస్ మోడల్‌తో పాటు టెక్సాస్ ఇన్‌స్ట్రుమెంట్ యొక్క సొంత SPICE- ఆధారిత అనుకరణ సాధనం TINA-TI ని ఉపయోగించి అనుకరించగల పూర్తి స్కీమాటిక్‌ను కూడా అందించారు. తయారీదారు అందించిన TINA-TI సాధనాన్ని ఉపయోగించి గీసిన స్కీమాటిక్ క్రింద ఉంది.

అనుకరణ ఫలితాన్ని తదుపరి చిత్రంలో చూపవచ్చు, ఇక్కడ ఖచ్చితమైన లోడ్ కరెంట్ మరియు వోల్టేజ్ చూపబడుతుంది-