Convertidor Flyback

Convertidor Flyback Santiago Quiroz, Felipe Quintero, Alejandro Quintero. DESCRICI!" DE #A $!!#!%IA DE# C!"&ER$ID!R'

La figura 1 ilustra el modelo convencional del convertidor DC/DC Flyback. La bobina ( L ) del convertidor almacena energía para luego transferirla al capacitor ( C  ) y a la carga ( R ). l capacitor intercambia energía con la bobina para luego transferirla a la carga. l transistor de potencia ( Q ) y el diodo ( D ) funcionan como interruptores. l diodo debe ser de alta velocidad para evitar !ue la frecuencia de conmutaci"n afecte su tiempo de activaci"n. l conver convertid tidor or Flyback Flyback es un conver convertid tidor or DC/DC DC/DC con aislam aislamien iento to galv#n galv#nico ico.. $iene $iene la misma misma estructura del convertidor reductor%elevador (&uck'&oost) soportando sobre su ncleo un arreglo de dos inductores acoplados magn*ticamente. l primer intervalo de conmutaci"n (interruptor ( Q ) cerrado) conecta el inductor (

L1

) directamente a la fuente de+ando el inductor (

L2

)

desacoplado. l segundo intervalo de conmutaci"n (interruptor ( Q ) abierto) desconecta el inductor (

L1

) y conecta el inductor (

L2

).

n un convertidor Flyback la fuente entrega energía a la bobina (

L1

). esta energía es

almacenada en el ncleo de las bobinas acopladas magn*ticamente para luego transferir la energía al capacitor y la carga. l paso de la energía a trav*s de las bobinas acopladas magn*ticamente adem#s del aislamiento galv#nico proporciona una relaci"n de transformaci"n permitiendo obtener una tensi"n elevada en el inductor (

L2

) con respecto al inductor (

L1

).

l convertidor Flyback posee una serie de limitaciones intrínsecas !ue ,acen de este su mayor  desven desventa+ ta+a. a. sto sto debido debido a !ue tiene tiene intern intername amente nte dos bobina bobinass acopla acopladas das magn*t magn*tica icamen mente te re!uiriendo un ncleo de mayor tama-o peso y costo !ue ncleos de otras topologías. Comparado con otras otras topolo topología gías s el interr interrupt uptor or ( Q ) y el diodo ( D ) debe debe soport soportar ar tensi tensione oness m#s elevadas elevadas es por ello !ue el convertidor convertidor Flyback Flyback suele utiliarse utiliarse en aplicaciones aplicaciones de alto volta+e y ba+a potencia como televisores monitores etc.

Fig 1. Diagrama del convertidor Flyback.

DC02C34 D L5 $6D5 D C5478$6C349 Q 9 a) nterruptor

l convertidor tiene dos estados de acuerdo a la posici"n del interruptor se encuentra cerrado (

0 ≤ t ≤ t  1

Q

Q  se encuentra abierto ( t 1 ≤ t ≤ t 2  ) ver 

) y b) nterruptor

figura :. Cuando el interruptor se encuentra cerrado (Figura :a) el inductor (

L1

) de los dos

inductores acoplados magn*ticamente se encuentra conectada directamente a la fuente de alimentaci"n. sto provoca un incremento del flu+o magn*tico en los inductores acoplados. l volta+e en el segundario es negativo por lo !ue el diodo est# en inversa (no conduce) abriendo el circuito de tal manera !ue el capacitor de salida es el nico !ue proporciona energía a la carga. L2

Cuando el interruptor encuentra abierto (figura :b) el inductor (

) cambia su polaridad e

impide un cambio brusco en la corriente el diodo se polaria directamente y la energía almacenada en el inductor (

L2

) es transferida al capacitor y a la carga.

a) nterruptor cerrado.

b) nterruptor abierto

Fig :.Configuraciones de un Flyback.

1. DC02C34 DL 204C25 D F84C54674$59 La figura ; muestra las formas de onda para los volta+es y las corrientes del convertidor  &oost. La figura ;a muestra la se-al de puerta !ue controla la activaci"n del interruptor. 2ara el primer periodo comprendido entre mientras !ue para el periodo entre

t 1

y

t ❑=0 t 2

y

t 1

el interruptor conduce

  se apaga. Las formas de onda se

presentan en funci"n del ciclo de traba+o ( K  ).  K  representa la fracci"n del periodo T 

en el !ue el interruptor conduce

 K =

t 1 T  . Cuando el interruptor se apaga la

fracci"n de tiempo correspondiente es el complemento

( 1− K ) T  .

La figura ;b muestra la corriente de entrada o de la bobina (

I e

). Cuando el interruptor 

est# cerrado la bobina se carga aumentando de forma lineal su valor. Cuando el interruptor est# apagado la bobina se descarga disminuyendo linealmente su valor. I  D

La figura ;c muestra la corriente !ue circula por el diodo (

). Cuando el interruptor 

est# cerrado el diodo no conduce debido a !ue el interruptor pone una tensi"n de cero voltios (tierra o referencia) en el #nodo del diodo. La tensi"n en el c#todo es mayor !ue cero debido a !ue est# conectado al positivo del condensador aun!ue esta tensi"n tiende a disminuir debido a !ue el condensador se est# descargando. Cuando el interruptor est# abierto el diodo conduce. &a+o esta condici"n la tensi"n en el #nodo es la suma entre el volta+e de entrada el volta+e de salida

V e

 y el volta+e en la bobina mientras !ue la tensi"n en el c#todo es

V s

  ligeramente reducido debido a !ue se descarg" cuando el

interruptor estaba cerrado.  I  R

La figura ;d ilustra la corriente de la carga

 !ue se considera constante para una

condici"n ideal de funcionamiento. Cuando el interruptor est# cerrado el condensador le suministra energía a la carga. Cuando el interruptor est# abierto la fuente

V s

y la

bobina le suministran energía a la carga. n los dos casos se asume !ue el volta+e en el condensador es constante y por esta ra"n la corriente

 I  R

 es constante.

La figura ;e muestra la corriente del condensador. Cuando el interruptor est# cerrado el condensador le suministra corriente a la carga comport#ndose como fuente de energía. La corriente !ue circula por el condensador es la corriente de la carga solo !ue es negativa por la referencia de corrientes elegido en la figura 1. Cuando el interruptor est# cerrado el condensador es cargado por la fuente

V s

 y la bobina y a su ve le suministra corriente

a la carga. s por esto !ue la corriente del condensador es la resta entre la corriente de entrada y la corriente de la carga (

I e− I  R

).

La figura ;f muestra la forma de onda del volta+e en el condensador. Cuando el interruptor  est# cerrado el condensador se descarga. Cuando el interruptor est# abierto el condensador se carga. 2ara una operaci"n ideal el riado del condensador no debe superar el < = de la tensi"n del bus DC. La figura ;g ilustra el volta+e de la bobina ( volta+e de la bobina es el volta+e de la fuente

V B

). Cuando el interruptor est# cerrado el

V e

. Cuando el interruptor est# abierto el

volta+e de la bobina es la resta entre el volta+e de la fuente salida

V S

(

V e −V s

V e

 menos el volta+e de

). l volta+e de la bobina es negativo debido a su reacci"n

natural producto de la conmutaci"n obligando a !ue

V S

 siempre es mayor !ue

s por esto !ue el convertidor &oost es un convertidor elevador de tensi"n. :. Figuras con formas de onda9

V e

.

Figura ;. Formas de onda de volta+e y corriente del convertidor.