¿Cuáles son las limitaciones de energía efectivas de la topología del convertidor de retorno y por qué?

No hay un límite estricto para la potencia de salida de una topología de retorno. Es una cuestión de lo que es mejor para una situación dada. Uno podría crear un flyback de 1kW, pero probablemente no sería económico. Este es un negocio donde tienen reuniones de sangre en la alfombra con diodos de 3 centavos y reconocen que es más barato contratar a otro ingeniero a tiempo completo que poner unos pocos centavos adicionales de costo en su producto, por lo que no elige La mejor topología para los requisitos podría acortar la carrera de uno.

El convertidor de retorno usa el núcleo de manera menos eficiente (significa más dinero, tamaño y peso para un núcleo, lo que importa más a medida que aumentan los niveles de potencia). Como señala Russell, el tiempo de retorno almacena la energía transferida en el inductor y la libera a la salida, a diferencia de la mayoría de los otros tipos que transfieren energía cuando el interruptor está encendido. Eso significa que necesariamente la tensión de la corriente debe ser mayor, ya que toda la energía se transfiere mediante un solo interruptor, y solo puede estar en una parte del tiempo. (Tenga en cuenta que algunas pérdidas son proporcionales al cuadrado de la corriente, por lo que 10A para el 33% del tiempo en comparación con 3A para el 100% del tiempo representan la misma potencia de carga, pero las pérdidas resistivas en el interruptor del ciclo de trabajo bajo son 3.7 veces más alto.

La tensión de tensión en el interruptor en un retorno es mucho mayor (doble voltaje de entrada) en comparación con un convertidor directo de dos interruptores (solo el voltaje de entrada). Esto hace que el interruptor sea más costoso, especialmente para los MOSFET, donde el tamaño de la viruta (y por lo tanto el costo) aumenta rápidamente con la clasificación de voltaje, todas las demás cosas son iguales. Los interruptores que son menos sensibles al voltaje (en costo) tienden a ser bastante lentos (BJT e IGBT), por lo que son menos adecuados para los convertidores de retorno porque requieren un núcleo más grande.

Los convertidores de retorno de retorno tienen varias ventajas (posible simplicidad debido al interruptor único, no se requieren inductores de salida porque la inductancia de fuga le funciona, amplio rango de voltaje de entrada), pero esas ventajas predominan principalmente en niveles de potencia más bajos.

Es por eso que casi siempre verá convertidores de retorno de retorno utilizados en adaptadores de CA, y nunca lo verá en una fuente de alimentación de PC de 250W +: ambas aplicaciones en las que se eliminó cualquier costo en exceso que sea seguro para exprimir ( a veces más que eso!).

Pasada la hora de acostarse - respuesta tan corta. Todos están contentos :-).

Distingue 'flyback' and boost ', que puede significar lo mismo, pero puede que no.

La característica más exclusiva de Flyback es que la energía a transferir se almacena por completo en el inductor cuando el interruptor está encendido y se transfiere a la salida mediante el campo magnético que se colapsa cuando el interruptor está apagado. Algunos pensamientos revelarán que, en un núcleo con espacio de aire (o uno en el que los espacios de aire se distribuyen a lo largo del inductor), la energía se almacena principalmente en el "aire" del espacio, una declaración que atraerá "comentarios contrarios sólidos" . Independientemente de la ubicación de almacenamiento exacta, la energía se almacena en el campo magnético, y el aumento de potencia requiere un mayor tamaño del núcleo.

Los convertidores que transfieren energía durante el estado de encendido del interruptor no dependen principalmente del núcleo y el campo para el almacenamiento de energía.

Para transferir más potencia en un sistema de retorno, debe aumentar la energía transferida por ciclo y / o la cantidad de ciclos por segundo. Para un inductor completamente 'descargado':

• \ $ E \ $ = Energía almacenada en el inductor = \ $ \ frac {1} {2} LI ^ 2 \ $

• Potencia = Velocidad de transferencia de energía por segundo = \ $ f \ cdot \ frac {1} {2} LI ^ 2 \ $

Donde:
\ $ f \ $ = ciclos de descarga por segundo
\ $ I \ $ = pico de corriente
\ $ L \ $ = inductancia

Para un voltaje de sistema dado, para obtener más potencia en un tiempo de carga de inductor disponible determinado, debe DISMINUIR \ $ L \ $, como \ $ I = V \ cdot t / L \ $, y \ $ t \ $ y \ $ V \ $ son fijos.

Debido a que la transferencia de energía = \ $ f \ cdot \ frac {1} {2} LI ^ 2 \ $, duplicar \ $ I \ $ en forma aislada aumentaría la tasa de transferencia de energía en un factor de 4, PERO como \ $ L \ $ debe disminuir para hacer esto, de hecho, \ $ E \ $ aumenta aproximadamente linealmente con el aumento de la corriente.

La única variable "libre" restante es la frecuencia. \ $ t_ {charge} \ $ debe ser \ $ < \ $ to \ $ < < \ $ \ $ 1 / f \ $, pero como los tiempos de carga y descarga son inversamente proporcionales al voltaje, a medida que aumenta la salida, \ $ t_ {off} \ $ cae dejando más tiempo para \ $ t_ {on} \ $ y el inductor de carga.

Los MOSFET tempranos eran extremadamente limitados en la frecuencia de corte. Los FET modernos son mucho más capaces PERO para conmutadores de alta tensión de alta velocidad Los IGBT son a menudo ventajosos.

Entonces ... es poco probable que veamos convertidores de retorno de retorno a más de unos cientos de vatios, y generalmente menos.

Más tarde quizás.

La energía se pierde en cada cierre de la capacitancia del interruptor.

Esto hace que la frecuencia cada vez mayor sea poco práctica. Responde a un flycore con mayor espacio de almacenamiento de energía. a costa de una menor inductancia.

Puedes tener un gran núcleo con muchos giros, pero luego estás perdiendo más en cobre.

Todos los mosfets SIC, GAN y Silicon Superjunction tienen Mucho menos capacitancia que los mejores dispositivos de una década. hace. Son posibles los retrocesos de conmutación dura de mayor potencia.

Las mejores técnicas usan resonancia para eliminar algunas o todas de la carga almacenada en el interruptor antes de encenderlo.

Las corrientes máximas y los voltajes máximos del interruptor limitan las salidas de potencia prácticas, PERO los Semiconductores están mejorando mucho. Por ejemplo, un Mosfet SiC 1200 Volt 100m ohm podría apagar el pico de 30 amps. Por lo tanto se podría pensar en 1Kw off line. Si bien estos interruptores modernos tienen bajas pérdidas de conmutación, existe la energía atrapada en la inductancia de fuga del transformador que no llega a la carga, que cuando se utiliza la tecnología de transformador ortodoxo que encontrará es peor que cualquier pérdida de conmutación potencial cuando se ejecuta a frecuencias normales. La pinza SO activa o cualquier cosa que aborde las fugas es el pasaporte a alta potencia con bajas pérdidas.