In che modo i caricabatterie hanno una tensione di ingresso variabile con una tensione di uscita costante?

La mia comprensione di base è che un trasformatore può ridurre la tensione in base al rapporto tra gli avvolgimenti primario e secondario, poiché si tratta di un rapporto in cui l'uscita non è costante.

Quindi la mia domanda è: in che modo caricabatterie come il caricabatterie per telefoni Apple (un alimentatore in modalità Fly-back Switch) sono in grado di ricevere un input di 100v-240v ~ 50/60 Hz per creare un output costante 5v?

Sopra è un presunto schema circuitale del caricabatterie del telefono Apple.

questa tensione di uscita costante è un effetto del trasformatore flyback? (Ho poca esperienza con gli alimentatori CA / CC) Qualsiasi aiuto è apprezzato.

I moderni alimentatori CA-CC eseguono la conversione della tensione in tre fasi. In parole povere, il processo è il seguente.

Innanzitutto, rettificano la CA in CC, quindi 100 V CA entrano in circa 140 V CC e 240 V CA in circa 340 V CC. Questo è un primo passo. Questa è la gamma di tensioni con cui ha a che fare il secondo stadio del convertitore. E questa tensione ha orribili increspature a 100-120 Hz.

Il secondo stadio è un "chopper" che modula la CC ad alta tensione in impulsi ad alta frequenza, 100 kHz o qualcosa del genere. C'è un controller IC che guida una coppia di potenti MOSFET, che sono caricati con l'avvolgimento primario del trasformatore di isolamento. Il trasformatore, come hai giustamente notato, ha un rapporto di avvolgimento fisso, quindi gli impulsi di uscita avrebbero l'ampiezza variabile proporzionale all'ingresso DC (che è da 140 a 340 V, senza contare le increspature dalla rettifica primaria da 50/60 Hz).

Tuttavia, l'elicottero produce anche questi impulsi di diversa larghezza, che si chiama PWM - Pulse-Width-Modulation. Pertanto, l'uscita del trasformatore, quando rettificata dal raddrizzatore a diodo "a metà strada" e livellata con un grande condensatore di uscita, può mediamente avere un'ampiezza variabile: gli impulsi stretti rendono l'ampiezza media inferiore e viceversa. Questo è il terzo stadio del convertitore CA-CC.

Quindi, mentre il trasformatore ha un rapporto di avvolgimento fisso, il PWM consente ancora di modificare l'uscita del raddrizzatore in un intervallo considerevole, adattando così il rapporto del trasformatore fisso e un ampio intervallo di tensione di ingresso, comprese le increspature di tensione.

Il controllo finale e la stabilizzazione della tensione vengono effettuati tramite un meccanismo di feedback negativo mediante optoisolatori lineari. Se la tensione rettificata diventa troppo alta, il feedback fa sì che il controller IC produca impulsi più stretti, quindi la tensione diminuisce e viceversa. Questo meccanismo di feedback non si occupa solo della tensione, ma controlla anche la potenza complessiva erogata nel carico dell'alimentatore.

Ci sono alcuni dettagli su come i trasformatori tollerano le forme d'onda asimmetriche, ci sono alcuni trucchi ingegnosi dietro le quinte, ma fondamentalmente è tutto.

Se vuoi identificare un 'componente' che è responsabile della tensione di uscita costante, allora è il 'feedback'.

Il percorso in avanti che include il trasformatore flyback spinge una quantità controllabile di potenza all'uscita. Viene misurata la tensione sull'uscita e il feedback richiede una quantità di potenza più piccola o più grande momento per momento, per mantenere costante la tensione.

Il percorso in avanti è progettato per essere in grado di funzionare da qualsiasi tensione nell'intervallo di input, che richiede un po 'di attenzione nella progettazione, ma è abbastanza semplice.

Il modo in cui funziona un convertitore flyback è che la sua tensione di uscita si adatta a qualsiasi tensione sia necessaria per fornire la potenza che è stata richiesta. Può aumentare o diminuire di un ampio rapporto, per consentire la corrispondenza del rapporto di tensione in ingresso e in uscita.

Il caricabatterie del telefono deve fare diverse cose oltre a regolare la tensione. Deve convertire CA in CC, ridurre sostanzialmente la tensione e fornire un sostanziale isolamento tra ingresso e uscita.

Dal momento che ci occupiamo solo della regolamentazione, prendiamo invece in considerazione un caricabatterie DC-DC "in auto", che accetta DC in un intervallo di tensione tipicamente ampio, possibilmente fino a 28V, e lo converte in 5V.

Il caricabatterie utilizza probabilmente un transistor a commutazione rapida e un diodo per commutare rapidamente tra la tensione di ingresso e la terra, quindi un filtro LC per appianare la commutazione e produrre la tensione media. La funzione di trasferimento risultante è Vout = D * Vin, dove D è un duty cycle PWM. Per tensioni di ingresso ragionevoli ci sarà un valore "D" che produce 5v.

Nella sua forma più semplice D viene impostato da un "amplificatore di errore" di controllo che confronta Vout con una tensione di riferimento.

Nelle versioni più raffinate il circuito PWM viene modificato per annullare l'influenza di Vin, due esempi di questo sono "feedforward" e "current mode". Nella modalità corrente l'impulso PWM termina quando la corrente nell'induttore raggiunge un valore. Se la tensione di ingresso è superiore, il valore viene raggiunto prima, ma l'uscita è relativamente inalterata.

Se questo design DC-DC viene "aggiornato" per includere un trasformatore, offre la popolare configurazione "forward" che può essere più compatta ed efficiente del flyback poiché il trasformatore può utilizzare parti magnetiche ottimizzate per l'uso del trasformatore (ferrite) e l'induttore può usare parti per uso induttore (polvere di ferro).

Il "trasformatore" in un convertitore flyback non è tecnicamente un trasformatore ma due induttori accoppiati. A differenza di un trasformatore, immagazzina energia magnetica in un vuoto d'aria. Il deposito di energia viene caricato tramite un interruttore (transistor) durante la scansione e scaricato tramite un diodo durante il flyback. Sorgente e carico non vengono mai collegati contemporaneamente, quindi il rapporto di spire non si applica.

Invece, il ciclo di lavoro, o il rapporto on-off, è ciò che conta, poiché la tensione media su qualsiasi induttore deve essere zero. Questo rapporto è facilmente variabile. La tensione di uscita è normalmente regolata attivamente, cioè stabilizzata contro le variazioni di carico, da un regolatore con feedback.

Il convertitore flyback genera l'alta tensione per un display CRT, sfruttando il flyback veloce (o la ritraccia) della deflessione orizzontale, da cui il suo nome.

Modifica: anche il rapporto di virata conta, ma non tanto.