Flyback 컨버터 전압전달비와 듀티비, 인덕터 전류, 커패시터 전압리플 분석

안녕하십니까

전력전자와 각종MCU를 공부하고 최종적으로 작품을 만드는 전자 장인 입니다 

 

오늘의 주제는

Flyback 컨버터 전압전달비와 듀티비, 인덕터 전류, 커패시터 전압리플 분석

 

1. Flyback 컨버터 전압전달비 및 듀티비

Voltage second blance를 만족하기 위해서는

정상상태에서 인덕터 전압의 평균값은 0으로 공부하였습니다.

해당 개념은 여러번 다루었기 때문에 부족하신 분들은 아래글을 참고 바랍니다.

2022.04.07 - [전력전자/전력전자기초] - 인덕터의 정상상태 해석 (Voltage second balance)

인덕터의 정상상태 해석 (Voltage second balance)

따라서 상단의 파형을 통해 식을 도출하면 다음과 같습니다.

해당 수식을 전압전달비 G_v로 정리하면 다음과 같습니다.

 

여기서 n₁이 1일 때 Buck-Boost 컨버터와 같은 전달비를 가짐을 알 수 있습니다.

Buck-Boost 컨버터에 대해 아래글을 참고바랍니다.

n₁일때 Buck-Boost 컨버터와 Flyback 컨버터의 가장 큰 차이점은

Flyback 컨버터는 절연형 컨버터로 입력측과 출력측이 절연되어 있습니다.

 

전압전달비의 관계식에 따라 듀티비는 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

2. 자화 인덕터 평균 전류 I_m

자화 인덕터 평균 전류 I_M은 다음과 같이 도출할 수 있습니다.

 

step1) 평균 입력 전력, 스위치 평균 전류

평균 입력 전력 수식과 스위치 평균 전류 수식을 통해 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

 

step2) 평균 출력 전력

평균 출력 전력 수식은 다음과 같습니다.

 

step3) 컨버터의 효율을 100%라고 가정

효율이 100%이면 입력 전력과 출력전력이 같음을 나타냅니다.

 

따라서 I_M 수식을 정리하면 다음과 같습니다.

3. 인덕터전류 I_m 상승 구간 수식 분석

 

자화인덕터 전류 i_m 상승 구간은 0 ≤ t ≤ DT 구간으로 파란색으로 표시된 구간입니다.

스위치의 ON 동작 구간으로 회로의 전류 패스는 다음과 같습니다.

 

자화인덕터의 전압과 전류 관계식을 도출하면 다음과 같습니다.

 

이때 인덕터 전류의 변화율은 아래 수식과 같이 정리할 수 있으며

 

자화인덕터 전류 i_m의 최대 전류값인 I_max는 다음과 같이 도출할 수 있습니다.

 

반대로 자화인덕터의 최소 전류값인 I_min은 다음과 같습니다.

 

4. 인덕터전류 I_m 하강 구간 수식 분석

 

자화인덕터 전류 i_m 하강 구간은 DT ≤ t ≤ T 구간으로 파란색으로 표시된 구간입니다.

스위치의 OFF 동작 구간으로 회로의 전류 패스는 다음과 같습니다.

 

자화인덕터의 전압과 전류 관계식을 도출하면 다음과 같습니다.

 

이때 인덕터 전류의 변화율은 아래 수식과 같이 정리할 수 있으며

 

자화인덕터 전류 i_m의 최대 전류값인 I_max는 다음과 같이 도출할 수 있습니다.

 

반대로 자화인덕터의 최소 전류값인 I_min은 다음과 같습니다.

 

5. 커패시터 출력전압 리플

 

Flyback 컨버터의 커패시터 출력전압 리플을 도출하기 위해서는 

평균 출력전압 수식을 사용하여 도출하게 됩니다.

Flyback 컨버터 평균 출력 전압은 다음과 같습니다.

 

출력전압 리플을 계산하기 위해 부하 전류량을 도출하여야 합니다.

 

다음으로 커패시터에 흐르는 전류는 다음과 같습니다

 

위에서 도출된 수식을 사용하여 출력전압 리플을 도출하면 다음과 같습니다.

 

 

지금까지 전력전자와 각종MCU를 공부하고 최종적으로 작품을 만드는 전자 장인 이었습니다

감사합니다