convertidor flyback

El convertidor flyback se utiliza tanto en la conversión CA/CC como CC/CC , con aislamiento galvánico entre la entrada y las salidas. Se trata de un convertidor elevador-reductor con el inductor dividido para formar un transformador , lo que multiplica las relaciones de voltaje y ofrece la ventaja adicional del aislamiento.

El esquema de un convertidor flyback se muestra en la Fig. 1. Es equivalente al de un convertidor buck-boost , ^{[ 1 ]} con el inductor dividido para formar un transformador. Por lo tanto, el principio de funcionamiento de ambos convertidores es muy similar:

• Cuando el interruptor está cerrado (parte superior de la figura 2), el primario del transformador se conecta directamente a la fuente de tensión de entrada. La corriente primaria y el flujo magnético en el transformador aumentan, almacenando energía en el mismo. La tensión inducida en el devanado secundario es negativa, por lo que el diodo se polariza inversamente (es decir, se bloquea). El condensador de salida suministra energía a la carga de salida.
• Cuando se abre el interruptor (parte inferior de la figura 2), la corriente primaria y el flujo magnético disminuyen. La tensión secundaria es positiva, polarizando directamente el diodo y permitiendo que la corriente fluya desde el transformador. La energía del núcleo del transformador recarga el condensador y alimenta la carga.

El funcionamiento de almacenar energía en el transformador antes de transferirla a la salida del convertidor permite que la topología genere fácilmente múltiples salidas con pocos circuitos adicionales, aunque los voltajes de salida deben coincidir entre sí mediante la relación de espiras. Además, se requiere una línea de control que debe cargarse antes de aplicar carga a las líneas no controladas, para que la modulación por ancho de pulso (PWM) se active y suministre suficiente energía al transformador.

El convertidor flyback es un convertidor de potencia aislado. Los dos esquemas de control predominantes son el control por modo de voltaje y el control por modo de corriente. En la mayoría de los casos, el control por modo de corriente debe ser dominante para lograr estabilidad durante el funcionamiento. Ambos modos requieren una señal relacionada con el voltaje de salida. Existen tres formas comunes de generar este voltaje:

1. Utilice un optoacoplador en el circuito secundario para enviar una señal al controlador.
2. Enrolla un devanado separado en el núcleo y confía en la regulación cruzada del diseño.
3. Muestre la amplitud de voltaje en el lado primario, durante la descarga, con respecto al voltaje CC primario en reposo.

La primera técnica, que utiliza un optoacoplador, se ha empleado para obtener una regulación precisa de la tensión y la corriente, mientras que el segundo enfoque se ha desarrollado para aplicaciones donde el coste es un factor crítico, ya que no se requiere un control tan estricto de la salida, pero se pueden eliminar muchos componentes, incluido el optoacoplador, del diseño general. Además, en aplicaciones donde la fiabilidad es crucial, los optoacopladores pueden perjudicar el MTBF (tiempo medio entre fallos) del sistema. La tercera técnica, la detección en el lado primario, puede ser tan precisa como la primera y más económica que la segunda, pero requiere una carga mínima para que la descarga continúe, lo que permite muestrear la tensión secundaria 1:N en el devanado primario (durante la descarga T , como se muestra en la figura 3).

Una variante de la tecnología de detección del lado primario consiste en regular la tensión y la corriente de salida mediante la monitorización de las formas de onda en el devanado auxiliar que alimenta el circuito integrado de control, lo que ha mejorado la precisión de la regulación tanto de la tensión como de la corriente. El devanado primario auxiliar se utiliza en la misma fase de descarga que los demás secundarios, pero genera una tensión rectificada referenciada comúnmente con la CC primaria, por lo que se considera del lado primario.

Anteriormente, se realizaba una medición a lo largo de toda la forma de onda de retroceso, lo que generaba errores. Sin embargo, se comprobó que las mediciones en el llamado punto de inflexión (cuando la corriente secundaria es cero, véase la figura 3) permiten una medición mucho más precisa del comportamiento del lado secundario. Esta topología está reemplazando actualmente a los convertidores de choque oscilantes (RCC) en aplicaciones como los cargadores de teléfonos móviles .

El modo continuo presenta las siguientes desventajas, que complican el control del convertidor:

• El bucle de retroalimentación de voltaje requiere un ancho de banda menor debido a un cero en el semiplano derecho en la respuesta del convertidor.
• El bucle de retroalimentación actual utilizado en el control de modo actual necesita compensación de pendiente en los casos en que el ciclo de trabajo sea superior al 50%.
• Los interruptores de potencia ahora se activan con flujo de corriente positivo; esto significa que, además de la velocidad de apagado, la velocidad de encendido del interruptor también es importante para la eficiencia y la reducción del calor residual en el elemento de conmutación. Active Clamp Flyback ^{[ 2 ]} es una tecnología que mitiga esta limitación.

El modo discontinuo presenta las siguientes desventajas, que limitan la eficiencia del convertidor:

• Altas corrientes RMS y de pico en el diseño
• Grandes excursiones de flujo en el inductor

• Fuentes de alimentación conmutadas de baja potencia (cargadores de teléfonos móviles, fuentes de alimentación en modo de espera en ordenadores)
• Fuentes de alimentación de salida múltiple de bajo costo (por ejemplo, fuentes de alimentación principales de PC <250 W) El convertidor flyback se usa comúnmente en el rango de potencia de 50 a 100 W, así como en fuentes de alimentación de alto voltaje para televisores y monitores de computadora – Fundamentos de electrónica de potencia, Erickson y Maksimovic .
• Alimentación de alto voltaje para el tubo de rayos catódicos (CRT) en televisores y monitores (el convertidor flyback suele combinarse con el accionamiento de deflexión horizontal).
• Generación de alto voltaje (por ejemplo, para lámparas de destello de xenón , láseres, fotocopiadoras, etc.)
• Controlador de puerta aislado

• Convertidor directo
• Ladrón de Joule : ejemplo de convertidor conmutado minimalista

• Billings, Keith (1999), Manual de fuentes de alimentación conmutadas (Segunda edición), McGraw-Hill, ISBN 0-07-006719-8