フライバックコンバータ

フライ バックコンバータは、入力と出力間のガルバニック絶縁を備えたAC/DCおよびDC/DC変換の両方で使用されます。フライバック コンバータは、インダクタを分割してトランスを形成するバック ブースト コンバータであり、電圧比が倍増され、絶縁の利点も加わります。

フライバックコンバータの回路図を図1に示します。これは、インダクタを分割してトランスを形成した昇降圧コンバータ[ ^1]と同等です。したがって、両方のコンバータの動作原理は非常に似ています。

• スイッチが閉じているとき（図 2 の上部）、トランスの一次側は入力電圧源に直接接続されます。トランスの一次電流と磁束が増加し、トランスにエネルギーが蓄えられます。二次巻線に誘導される電圧は負であるため、ダイオードは逆バイアスされます（つまり、ブロックされます）。出力コンデンサは出力負荷にエネルギーを供給します。
• スイッチが開くと（図 2 の下部）、一次電流と磁束が低下します。二次電圧は正で、ダイオードを順方向にバイアスし、変圧器から電流が流れます。変圧器コアからのエネルギーがコンデンサを再充電し、負荷に電力を供給します。

コンバータの出力に転送する前にトランスにエネルギーを蓄える動作により、このトポロジでは、追加の回路をほとんど必要とせずに複数の出力を簡単に生成できますが、出力電圧は巻数比によって互いに一致できる必要があります。また、制御されていないレールに負荷がかかる前に負荷をかける必要がある制御レールも必要です。これは、PWM が開いてトランスに十分なエネルギーを供給できるようにするためです。

フライバック コンバータは、絶縁型電力コンバータです。一般的な制御方式は、電圧モード制御と電流モード制御の 2 つです。ほとんどの場合、動作中の安定性を確保するには、電流モード制御を優先する必要があります。どちらのモードでも、出力電圧に関連する信号が必要です。この電圧を生成する一般的な方法は 3 つあります。

1.二次回路上のフォトカプラを使用して、コントローラに信号を送信します。

2. コアに別の巻線を巻き、設計のクロス規制に依存します。

3. 放電中の一次側の電圧振幅を、定常一次側 DC 電圧を基準にしてサンプリングします。

オプトカプラを使用する最初の技術は、厳密な電圧および電流制御を実現するために使用されてきましたが、2 番目のアプローチは、出力をそれほど厳密に制御する必要がないが、オプトカプラを含む多くのコンポーネントを全体的な設計から排除できる、コスト重視のアプリケーション向けに開発されました。また、信頼性が重要なアプリケーションでは、オプトカプラはシステムのMTBF (平均故障間隔) に悪影響を及ぼす可能性があります。3 番目の技術である一次側センシングは、最初の技術と同程度の精度で 2 番目の技術よりも経済的ですが、放電イベントが継続的に発生し、一次巻線で 1:N 二次電圧をサンプリングする機会を提供するために、最小負荷が必要です (図 3 に示すように、Tdischarge 中)。

一次側センシング技術のバリエーションでは、制御 IC 自体に電力を供給するために使用される補助巻線の波形を監視することによって出力電圧と電流が調整され、電圧と電流の両方の調整精度が向上しました。補助一次巻線は、残りの二次巻線と同じ放電フェーズで使用されますが、一次 DC と共通に参照される整流電圧を生成するため、一次側と見なされます。

以前は、フライバック波形全体にわたって測定が行われていましたが、誤差が生じていました。しかし、いわゆるニーポイント（二次電流がゼロのとき、図 3 を参照）での測定により、二次側の動作をより正確に測定できることが分かりました。このトポロジーは現在、携帯電話の充電器などのアプリケーションでリンギング チョーク コンバーター（RCC）に取って代わっています。

連続モードには次の欠点があり、コンバーターの制御が複雑になります。

• 電圧フィードバック ループでは、コンバータの応答における右半平面のゼロのために、より低い帯域幅が必要です。
• 電流モード制御で使用される電流フィードバック ループでは、デューティ サイクルが 50% を超える場合にスロープ補償が必要になります。
• パワースイッチは正の電流が流れるとオンになります。つまり、ターンオフ速度に加えて、スイッチのターンオン速度も効率とスイッチング素子の廃熱の削減に重要です。アクティブクランプフライバック^[2]は、この制限を緩和する技術です。

不連続モードには次の欠点があり、コンバーターの効率が制限されます。

• 設計における高いRMSおよびピーク電流
• インダクタ内の高磁束変動

• 低電力スイッチング電源（携帯電話の充電器、PCのスタンバイ電源）
• 低コストの複数出力電源（例：PC のメイン電源 <250 W ^{[引用が必要]}）フライバック コンバータは、50 ～ 100 W の電力範囲でよく使用されますが、テレビやコンピューター モニターの高電圧電源にも使用されます - パワー エレクトロニクスの基礎、Erickson & Maksimovic。
• テレビやモニターのCRT用の高電圧電源(フライバック コンバータは水平偏向ドライブと組み合わせられることが多い)
• 高電圧発生（例：キセノンフラッシュランプ、レーザー、コピー機など）
• 絶縁ゲートドライバ

• フォワードコンバータ
• ジュール泥棒- ミニマリストスイッチモードコンバータの例

• ビリングス、キース（1999）、スイッチモード電源ハンドブック（第2版）、McGraw-Hill、ISBN 0-07-006719-8

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