Seminario 2008 Stefano

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Presentazione di Stefano Fabiani al seminario Magnetica

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Seminario 2008 Stefano

  1. 1. 06/06/09 Stefano Fabiani
  2. 2. 06/06/09 Stefano Fabiani
  3. 3. Principio di funzionamento di un convertitore Flyback <ul><li>I sistemi flyback vengono utilizzati quando la tensione d’ingresso è molto diversa dalla tensione d’uscita da ottenere, sia in salita che in discesa, inoltre prevedono un trasformatore che isoli galvanicamente la parte sotto alta tensione dall’uscita a bassa tensione. </li></ul>06/06/09 Stefano Fabiani
  4. 4. Principio di funzionamento di un convertitore Flyback 06/06/09 Stefano Fabiani SCHEMATICO PWM sta per Pulse Width Modulator e fa parte del circuito di retroazione per il controllo della stabilità della tensione V o . Q 1 Controller PWM V 0 V DC C 1 R L D 1
  5. 5. Principio di funzionamento di un convertitore Flyback Ip Ton Mosfet Q1 va ON Ip = ((V DC – V DS ) x Ton) / Lp Si immagazzina Energia nel Trasformatore e = 1/2 x Lp x Ip 2 Diodo interdetto Is = 0 06/06/09 Stefano Fabiani Q 1 Controller PWM V 0 V DC C 1 R L D 1
  6. 6. Principio di funzionamento di un convertirore Flyback Forme D’onda 06/06/09 Stefano Fabiani Ton Ip Is t t
  7. 7. Principio di funzionamento di un convertitore Flyback Ip = 0 Toff Mosfet Q1 va OFF Il trasformatore tenta per sua natura di mantenere il flusso di corrente e la tensione ai capi della bobina si inverte di segno Trasmissione di Energia Is = ((Vs+V D1 )xToff) / Ls Diodo in conduzione C 1 in carica 06/06/09 Stefano Fabiani Q 1 Controller PWM V 0 V DC C 1 R L D 1
  8. 8. Principio di funzionamento di un convertitore Flyback Forme D’onda 06/06/09 Stefano Fabiani Ton Ip Is t t Toff
  9. 9. Principio di funzionamento di un convertitore Flyback Poiché la potenza è l’energia trasferita per il tempo necessario a trasferirla avremo 06/06/09 Stefano Fabiani
  10. 10. Principio di funzionamento di un convertitore Flyback In definitiva la Tensione di Uscita in rapporto alla Tensione di ingresso, per un rendimento dell’ 80%, sarà data da: IL LOOP DI FEEDBACK MANTIENE COSTANTE LA TENSIONE DI USCITA MANTENENDO COSTANTE IL PRODOTTO Vdc x Ton 06/06/09 Stefano Fabiani
  11. 11. Principio di funzionamento di un convertitore Flyback SE LA CORRENTE AL SECONDARIO DECADE A 0 PRIMA CHE IL MOSFET RICOMINCI A CONDURRE, IL CIRCUITO LAVORA IN MODO DISCONTINUO 06/06/09 Stefano Fabiani T Ton Ip Is t t Toff Tdead
  12. 12. Principio di funzionamento di un convertitore Flyback SE LA CORRENTE AL SECONDARIO NON DECADE A 0 PRIMA CHE IL MOSFET RICOMINCI A CONDURRE, IL CIRCUITO LAVORA IN MODO CONTINUO 06/06/09 Stefano Fabiani T Ton Ip Is t t Toff
  13. 13. Differenze tra DCM e CCM Il Discontinous Mode risponde più rapidamente ai cambiamenti della tensione di ingresso e della corrente al carico. VANTAGGIO PER I DCM Il picchi di corrente nel Discontinous Mode sono più alti di quelli del Continous Mode. SVANTAGGIO PER I DCM Le correnti RMS del Discontinous Mode sono più grandi rispetto a quelle di un Continous Mode. SVANTAGGIO PER I DCM Il Modo Discontinuo ha meno problemi di Loop di Stabilizzazione di quello continuo VANTAGGIO PER I DCM 06/06/09 Stefano Fabiani
  14. 14. PROGETTAZIONE di UN FLYBACK <ul><li>Bisogna stabilire il rapporto tra le spire del primario e quelle del secondario t ali che </li></ul>Tensione massima al Mosfet Tensione Riflessa 06/06/09 Stefano Fabiani
  15. 15. PROGETTAZIONE di UN FLYBACK <ul><li>Bisogna assicurarsi che il nucleo non saturi </li></ul>06/06/09 Stefano Fabiani <ul><li>I Flyback sono costruiti con nuclei tra ferrati tali da modificare la curva di isteresi in modo tale che </li></ul>ENERGIA IMMAGAZZINATA = ENERGIA SPESA  <ul><li>Se il trasformatore è un Discontinous Mode bisogna che ci sia un tempo morto Tdead tale per cui: </li></ul><ul><li>  </li></ul>Ton + Toff + Tdead = T Vp x Ton = Vs x Toff
  16. 16. INDUTTANZA DISPERSA in un FLYBACK Definizione di induttanza dispersa Quantità del flusso generato dal primario che non è raccolto dal secondario (flusso disperso). L'entità di questa parte dipende principalmente dalla bontà di costruzione del trasformatore. 06/06/09 Stefano Fabiani PRIMARY SECONDARY Flusso mutuo Flusso disperso
  17. 17. INDUTTANZA DISPERSA in un FLYBACK Quando un flusso o parte di esso non viene utilizzato, il flusso disperso fa nascere negli avvolgimenti delle induttanze che non partecipano all' accoppiamento e che perciò risultano in serie a ciascun avvolgimento. Induttanza dispersa relativa al primario 06/06/09 Stefano Fabiani L d L P L S R S R P R L
  18. 18. INDUTTANZA DISPERSA in un FLYBACK Vdc + Vr Vdc 06/06/09 Stefano Fabiani IN UN FLYBACK L’INDUTTANZA DISPERSA VA AD INCREMENTARE LA TENSIONE SUL MOSFET IN T OFF <ul><li>Fase 2: </li></ul><ul><li>L’integrato si spegne </li></ul><ul><li>Trasferimento dell’energia </li></ul><ul><li>immagazzinata al primario verso </li></ul><ul><li>il secondario </li></ul><ul><li>All’apertura del Mosfet si </li></ul><ul><li>manifesta un picco di tensione Vp </li></ul><ul><li>La Ip decade con </li></ul><ul><li>una certa pendenza ( slope ) </li></ul>Fase 1: Non essendovi energia immagazzinata nel trasformatore l’induttanza dispersa non dà grossi problemi. Proviamo a dividere il funzionamento del Flyback in 3 fasi:
  19. 19. INDUTTANZA DISPERSA in un FLYBACK 06/06/09 Stefano Fabiani
  20. 20. INDUTTANZA DISPERSA in un FLYBACK Ns Np Ns Np b 1 b 2 c Supponiamo di avere la seguente costruzione di un trasformatore 06/06/09 Stefano Fabiani a
  21. 21. INDUTTANZA DISPERSA in un FLYBACK Sperimentalmente l’Induttanza dispersa dipende dalla seguente formula:       06/06/09 Stefano Fabiani
  22. 22. INDUTTANZA DISPERSA in un FLYBACK Dividendo l’avvolgimento primario si avrà la seguente costruzione del trasformatore   b 3 a b 2 Np/2 Ns Np/2 Np/2 Ns Np/2 06/06/09 Stefano Fabiani
  23. 23. INDUTTANZA DISPERSA in un FLYBACK Sperimentalmente, in questo caso, l’Induttanza dispersa dipende invece dalla seguente formula: 06/06/09 Stefano Fabiani
  24. 24. INDUTTANZA DISPERSA in un FLYBACK <ul><li>Quindi: </li></ul><ul><li>Sezionando l’avvolgimento abbiamo a moltiplicare un coefficiente più piccolo </li></ul><ul><li>Più basso è il numero delle spire al primario più bassa è l’induttanza dispersa </li></ul><ul><li>(nuclei magnetici più abbondanti riducono il numero delle spire) </li></ul><ul><li>Disponendo il primario su tutta la bancata si abbassa l’induttanza dispersa </li></ul><ul><li>Diminuendo la distanza tra gli avvolgimenti si abbassa l’induttanza dispersa </li></ul><ul><li>Diminuendo lo spessore degli avvolgimenti si abbassa l’induttanza dispersa </li></ul>06/06/09 Stefano Fabiani
  25. 25. VANTAGGI <ul><li>Si evita l’ utilizzo dei circuiti di clamp o snubber che hanno appunto lo scopo di </li></ul><ul><li>limitare la sovratensione che si ha ai capi del mosfet allo spegnimento dello </li></ul><ul><li>stesso per effetto dell’ induttanza dispersa . </li></ul><ul><li>Si limitano i rumori dovuti alle emissioni EMI </li></ul><ul><li>Minore perdita di tensione al secondario </li></ul>06/06/09 Stefano Fabiani INDUTTANZA DISPERSA in un FLYBACK
  26. 26. SIMULAZIONE IN PSPICE CON UNA Ld = 5% di Lp=1.2mH 06/06/09 Stefano Fabiani INDUTTANZA DISPERSA IN UN FLYBACK
  27. 27. SIMULAZIONE IN PSPICE CON UNA Ld = 1% di Lp=1.2mH 06/06/09 Stefano Fabiani INDUTTANZA DISPERSA IN UN FLYBACK
  28. 28. 06/06/09 Stefano Fabiani CAPACITA’ PARASSITA in un FLYBACK Definizione di capacità parassita Una capacità parassita è quella capacità (condensatore a costante distribuita) che si genera nella costruzione di qualsiasi tipo di apparato e di componente elettronico. Accade che tra le spire affiancate di un avvolgimento o di un semplice link di poche spire si crei, per ragioni costruttive, una capacità.
  29. 29. Visualizzazione della Capacità parassita in un trasformatore L d L P L S R S R P R L 06/06/09 Stefano Fabiani CAPACITA’ PARASSITA in un FLYBACK C p
  30. 30. 06/06/09 Stefano Fabiani CAPACITA’ PARASSITA in un FLYBACK Vdc + Vr Vdc <ul><li>Fase 3: </li></ul><ul><li>Is=0 => Vr=0 </li></ul><ul><li>e=0 => Vdrain=Vdc </li></ul><ul><li>Transizione di Tensione che </li></ul><ul><li>eccita la cella risonante Lp e Coss </li></ul><ul><li>Si crea quindi un’oscillazione </li></ul><ul><li>persistente fino al successivo Ton </li></ul>CAPACITA’ PARASSITA in un FLYBACK Oscillazione dovuta a Ld e Cp
  31. 31. 06/06/09 Stefano Fabiani CAPACITA’ PARASSITA in un FLYBACK
  32. 32. 06/06/09 Stefano Fabiani CAPACITA’ PARASSITA in un FLYBACK <ul><li>LA CAPACITÀ VIENE DIMINUITA SE: </li></ul><ul><li>SI AUMENTA LO SPESSORE DEL DIELETTRICO TRA IL 1° AVVOLGIMENTO ED IL NUCLEO </li></ul><ul><li>SI AUMENTA IL NUMERO DI LAYERS DI UN AVVOLGIMENTO </li></ul><ul><li>SI RIDUCE LA LARGHEZZA DELL’AVVOLGIMENTO </li></ul><ul><li>SI EVITA DI UTILIZZARE IL FILO BIFILARE, IN ALTERNATIVA SI FA SPAZIARE IL PIÙ POSSIBILE </li></ul><ul><li>UTILIZZO DI UNO SCHERMO CON POTENZIALE 0 TRA PRIMARIO E SECONADARIO </li></ul>
  33. 33. 06/06/09 Stefano Fabiani CAPACITA’ PARASSITA in un FLYBACK Strato 1 Strato N SOLUZIONE COSTRUTTIVA A NIDO D’APE
  34. 34. 06/06/09 Stefano Fabiani CAPACITA’ PARASSITA in un FLYBACK VANTAGGI Si evitano fenomeni di interferenza sulle correnti e sulla Vdrain Oscillazione sulla Ip
  35. 35. 06/06/09 Stefano Fabiani CAPACITA’ PARASSITA in un FLYBACK Oscillazione sulla Ip quasi assente Anche Ld è OK

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