Convertitore Flyback: differenze tra le versioni

Versione delle 13:50, 24 apr 2012

Versione delle 16:36, 27 giu 2012

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[[ImmagineFile:Flyback conventions french.svg|thumb|right|350 px|Fig. 1: schema di principio di un convertitore flyback.]]

[[ImmagineFile:Flyback 2589.JPG|thumb|Esempio di trasformatore per convertitore Flyback da 250 W a 50 kHz.]]

[[ImmagineFile:Flyback 2605.JPG|thumb|Vista del lato delle connessioni. Si usa il [[Effetto pelle#Attenuazione dell'effetto pelle|filo Litz]] per attenuare l'[[effetto pelle]] e migliorare il rendimento.]]

Il '''Convertitore Flyback''' è un alimentatore switching, di solito con [[Isolamento elettrico|isolamento galvanico]] tra ingresso e uscita. Lo schema di base è lo stesso di quello di un [[convertitore buck-boost]] in cui l'induttanza è sostituita da un [[trasformatore]] (in realtà due induttori accoppiati). Il convertitore flyback è probabilmente l'alimentatore più utilizzato nell'industria (monitor [[Schermo a cristalli liquidi|LCD]], televisori [[Tubo a raggi catodici|CRT]], [[Lettore DVD|lettori DVD]], ...).<ref>{{Cita|Christophe P. Basso|Capitolo 7: Simulations and pratical designs of flyback converters, p. 579|Basso}}</ref>

Di solito è usato in applicazioni di bassa potenza.<ref>Fino a 100 [[Watt|W]] secondo: {{Cita|Michel Girard|Cap. I: Généralités concernant les alimentations, « 1.5.2 : Principe des alimentations à découpage isolées galvaniquement », pp. 29-30 : « d : Remarques concernant les alimentations à découpage isolées galvaniquement »|Girard}}</ref><ref> Fino a 100 W secondo:

{{cita web

|autore=Ed Walker

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|urlarchivio=http://archive.wikiwix.com/cache/?url=http://www.stmicroelectronics.net/stonline/books/pdf/docs/3721.pdf&title=lire%20en%20ligne

|dataarchivio=

}}</ref><ref>400 W secondo: [http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/login.jsp?url=/iel2/863/2884/00088343.pdf?temp=x IEEE Xplore, Article Information, « A 400 W flyback converter », Assow, B. Telecommunications Energy Conference, 1989. INTELEC apos;89. Conference Proceedings., Eleventh International Volume, Issue, 15-18 octobre 1989, pages : 20.6/1 - 20.6/4, vol. 2.]</ref>

Conference Proceedings., Eleventh International Volume, Issue, 15-18 octobre 1989, pages : 20.6/1 - 20.6/4, vol. 2.]</ref>

==Principio di funzionamento==

[[ImmagineFile:Flyback operating fr.svg|thumb|right|Fig. 2: le due configurazioni di un convertitore flyback secondo lo stato del commutatore T. Sopra: fase di conduzione o stato ON, sotto: fase di interruzione o di interdizione o stato OFF.]]

Lo schema di principio di un convertitore flyback è mostrato in Figura 1. Questo è l'equivalente di un [[convertitore buck-boost]] in cui l'induttanza è sostituita da due induttori accoppiati che funzionano come un [[trasformatore]]. Pertanto, il principio di funzionamento di entrambi i convertitori è molto simile. In entrambi i casi ci sono una fase di accumulo di energia nel circuito magnetico e una fase di restituzione di questa energia. Il dimensionamento del circuito magnetico definisce la quantità di energia che può essere immagazzinata, ma anche la velocità con cui si può ottenere accumulo e prelievo. Questo è un parametro importante che determina la potenza che può fornire l'alimentatore flyback.

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==Conduzione continua==

[[ImmagineFile:Flyback_chronogram_frFlyback chronogram fr.svg|thumb|350px|Fig. 3: forme d'onda di corrente/tensione nel convertitore flyback.]]

Quando un convertitore flyback funziona in modalità di conduzione continua, il flusso nel trasformatore non va mai a zero. La Figura 3 mostra le forme d'onda di corrente e tensione nel convertitore.

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==Modo di funzionamento discontinuo==

[[ImmagineFile:Flyback_chronogram_discontinuous_frFlyback chronogram discontinuous fr.svg|thumb|350px|Fig. 4: Forma d'onda convertitore flyback di corrente/tensione in conduzione discontinua.]]

In alcuni casi, la quantità di energia richiesta dal carico è sufficientemente bassa e può essere trasferita in un tempo inferiore al periodo di commutazione. In questo caso, il flusso circolante nel trasformatore è zero per una parte del periodo. L'unica differenza con il principio di funzionamento sopra descritto, è che l'energia immagazzinata nel circuito magnetico è zero all'inizio del ciclo (vedi forme d'onda in figura 4). Sebbene piccola, la differenza tra conduzione continua e discontinua ha un forte impatto sulla formula della tensione di uscita. La tensione di uscita può essere calcolata nel modo seguente.

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==Confine tra modo di funzionamento continuo e discontinuo==

[[ImmagineFile:Flyback continuous discontinuous french.svg|thumb|250px|Fig. 5: Evoluzione della tensione di uscita normalizzata di un convertitore flyback con una corrente d'uscita normalizzata.]]

Come spiegato nel paragrafo precedente, il convertitore funziona in conduzione discontinua quando la corrente richiesta dal carico è bassa, e funziona in conduzione continua per correnti più elevate. Il confine tra conduzione continua e discontinua viene raggiunto quando la corrente nell'induttore è zero appena prima della commutazione. Con le notazioni della figura 4, questo corrisponde a:

:<math>\alpha\cdot T + \delta \cdot T=T</math>

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==Influenza delle induttanze di dispersione==

[[ImmagineFile:Flyback with primary leakage inductance french.svg|thumb|right|Schema di un convertitore flyback con induttanza di dispersione primaria.]]

Le forme d'onda sopra descritte sono valide solo se tutti i componenti sono considerati ideali. Nel caso reale, si può osservare una sovratensione ai capi dell'interruttore nell'istante della sua apertura. Questo aumento deriva dall'energia immagazzinata nella induttanza dispersa <math>L_{f1}</math> del trasformatore.<ref>Questa induttanza tiene conto del fatto che l'accoppiamento magnetico tra primario e secondario non è perfetto.</ref> Non essendo l'induttanza di dispersione "direttamente" collegata al primario del trasformatore, l'energia che contiene al momento dell'apertura dell'interruttore non può essere trasferita al secondario. L'evacuazione dell'energia immagazzinata nella induttanza parassita creerà una sovratensione ai capi dell'interruttore. Inoltre, l'annullamento della corrente attraverso l'interruttore non avvenendo con una tensione nulla, <math>L_{f1}</math> comporterà anche perdite di commutazione. Queste perdite possono essere ridotte mediante l'aggiunta di circuiti di aiuto nell'istante della commutazione.

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===Alimentazione ad assorbimento sinusoidale===

Nel caso di un convertitore alimentato da un ponte di diodi la cui uscita è collegata ad un condensatore, il [[fattore di potenza]] non è unitario, principalmente a causa alla forma della corrente assorbita. Questa configurazione, che non rispetta le regole di interconnessione dell'elettronica di potenza, collega un generatore di tensione, la rete elettrica, con un'altra fonte di tensione, il condensatore. Come risultato, la corrente è limitata

solo dalle imperfezioni dei componenti e delle connessioni. Se il carico del ponte di diodi è un convertitore di tipo flyback, quindi le regole di interconnessione delle sorgenti sono rispettate ed è possibile controllare il consumo di corrente. Con un controllo appropiatoappropriato, si può richiedere al convertitore di assorbire una corrente pressoché sinusoidale in fase con la tensione di rete e quindi un fattore di potenza unitario.

===Regime auto-oscillante===

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=== Potenza costante ===

[[File:125 2561.JPG|thumb|Circuito elettronico di un ballast per [[Lampada ad alogenuri metallici|lampada HMI]] che un convertitore flyback da 250 W.]]

Se si impone di mantenere la corrente <math>I_{1_{max}}</math> costante, il flyback mantiene costante la potenza sul carico<ref> L'energia elettrica <math>W_e=\frac{1}{2}L_1 I_{1_{max}}^2</math> immagazzinata nel trasformatore e quindi trasmessa al carico è costante.</ref> Ciò è particolarmente adatto per l'alimentazione delle [[Lampada a scarica|lampade a scarica]], come le [[Lampada ad alogenuri metallici|lampade ad alogenuri metallici]] in cui la potenza deve essere mantenuta costante per tutta la loro vita, aumentando la tensione dell'arco in funzione dell'usura degli elettrodi (il duty cycle della commutazione cambia di conseguenza "naturalmente"). Il controllo-comando di un tale convertitore è quindi molto semplice perché non richiede l'utilizzo di alcun controllo di potenza. Pertanto, non vi è rischio di instabilità di regolazione in relazione alle caratteristiche dinamiche della lampada (in particolare a causa della resistenza negativa dell'arco durante le fasi di accensione).<br />

Nel caso di un apparecchio portatile, alimentato a batteria, la compensazione della variazione di tensione della stessa è facilmente ottenuta controllando il riferimento di corrente durante questa variazione. Il ''[[Dimmer|dimming]]'' (regolazione dell'intensità luminosa) è altrettanto semplificato con la regolazione diretta del valore impostato della corrente nell'alimentatore.