Dasar operasi power stage dari flyback converter tolopogy

[ [ Flyback Converter Topology ] ]

Di artikel sebelumnya telah diperkenalkan tentang istilah flyback converter topology. Juga secara bertahap dipaparkan tentang bagaimana suatu ‘flyback transformer’ sebenarnya berbeda dengan transformer pada umumnya. Di sana diperkenalkan (ulang) tentang megnetizing inductance yang penting untuk kerja suatu konverter flyback. Di artikel ini akan dilanjutkan tentang dasar operasi suatu flyback converter. Masih dengan pola yang sama yaitu menggunakan sumber-sumber alternatif yang bebas pakai yang telah dibandingkan dengan sejumlah textbook berikut ini.

Favor Quotes - 64 quotes on Favor Science Quotes - Dictionary of ...

Untuk acuan mengenai dasar topologi flyback (power stage) dapat ditemui di beberapa textbook antara lain:

  1. D. W. Hart, Power electronics, 1st ed. New York: McGraw-Hill Higher Education, 2010.
    Pembahasan tentang flyback converter ada di sub-bab 7.3 THE FLYBACK CONVERTER, halaman 267.
  2. I. Batarseh and A. Harb, Power Electronics: Circuit Analysis and Design, 2nd ed. 2018 edition. Springer, 2017.
    Pembahasan tentang flyback converter ada di sub-bab 5.4.1 Single-Ended Flyback Converter, halaman 303.
  3. W. P. Robbins, T. M. Undeland, and N. Mohan, Power electronics: Converters, applications, and design, 3rd ed. United States: John Wiley and Sons (WIE), 2002.
    Pembahasan tentang flyback converter ada di sub-bab 10-4-2 FLYBACK CONVERTERS, halaman 308.
  4. P. T. Krein, Elements of power electronics. New York, NY: Oxford University Press, 1997.
    Pembahasan tentang flyback converter ada di sub-bab 4.4.3 The Flyback Converter, halaman 136.
  5. M. H. Rashid, Ed., Power Electronics Handbook, Fourth Edition, 4 edition. Butterworth-Heinemann, 2017.
    Pembahasan tentang flyback converter ada di sub-bab 10.5.2 Flyback Converter, halaman 281.
  6. A. M. Trzynadlowski, Introduction to Modern Power Electronics, 3 edition. Wiley, 2015.
    Pembahasan tentang flyback converter ada di sub-bab 8.3.1 Single-Switch-Isolated DC-to-DC Converters, halaman 384.
  7. B. Choi, Pulsewidth modulated DC-to-DC power conversion: Circuits, dynamics, and control designs. United States: John Wiley & Sons, 2013.
    Pembahasan tentang flyback converter ada di sub-bab 4.4 FLYBACK CONVERTER, halaman 145.
  8. J. Pollefliet, Power Electronics: Switches and Converters, 1 edition. Academic Press, 2017.
    Pembahasan tentang flyback converter ada di sub-bab 13.4 FLYBACK CONVERTER, halaman 14.
  9. V. Jagannathan, Power Electronics : Devices and Circuits. PHI Learning Pvt. Ltd., 2011.
    Pembahasan tentang flyback converter ada di sub-bab 5.11.1 Fly Back Converter, halaman 226.

Seperti halnya di artikel-artikel sebelumnya untuk artikel ini pun saya akan mencoba menggunakan sumber alternatif  yang lain, untuk belajar. Informasi yang sepadan dengan textbook komersial untuk dipergunakan sebagai bahan belajar, tetapi bersifat gratis dan bisa bebas dimiliki oleh mahasiswa. Di sepanjang artikel ini akan ada beberapa link (tautan) ke sejumlah dokumen yang bisa dipakai untuk belajar mengenal topologi flyback converter. Judul-judul yang saya ambil screenshot-nya ini hanya sebagai teaser, ada banyak lagi yang juga menarik yang bisa dipakai untuk belajar.

Gambar 1. Contoh materi/sumber informasi. 

[ Semua gambar di bawah ini dapat dilihat versi tampilan yang lebih besar dengan cara melakukan klik-kanan di gambar lalu memilih “Open image in new tab” pada browser. ]

Gambar 2. Rangkaian dasar topologi flyback [sumber].

Topologi flyback adalah topologi turunan dari topologi buck-boost. Peran magnetizing inductance LM di Gambar 2(a) berfungsi sama seperti induktor L di konverter buck-boost. Saat sakelar transistor Q1 menutup/menghantar, energi dari sumber DC (yaitu Vg) disimpan di LM, saat ini diode di sisi sekunder tidak dapat menghantar. Kemudian saat berikutnya, saat diode D1 menghantar, energi yang tadi tersimpan ditransfer ke beban. Pemindahan ini mengikuti skala tegangan dan arus yang diatur melalui rasio gulungan sisi primer dan sekunder dari ‘flyback transformer’ [1].

Sebagaimana beberapa konverter lain, kondisi flyback converter dapat dengan lebih mudah dijelaskan dengan membaginya ke dalam dua kondisi operasi. Yang pertama saat sakelar (MOSFET) menutup, seperti Gambar 2(b). Yang kedua saat sakelar (MOSFET) membuka seperti Gambar 2(c). Saat sakelar menutup sisi primer merupakan rangkaian tertutup sedangkan diode dalam keadaan ‘membuka’. Saat sakelar membuka, rangkaian primer terputus dan diode dimodelkan seperti terhubung singkat (ON). 

Gambar 3. Dua kondisi operasi flyback converter [2].

A very important aspect is that flyback transformers have an air gap, which allows energy storing without the risk of core saturation occurrence.AN2085A Designing Applications with MCP166X High Output Voltage Boost Converter Family

Kondisi di Gambar 3(a) adalah kondisi ON TIME, yaitu saat bagian primer dari ‘flyback transformer‘ terhubung dalam sebuah loop tertutup ke sumber tegangan VIN. Ini terjadi karena sakelar SW tertutup. Arus primer dan magnetic flux di ‘flyback transformer‘ meningkat. Saat ini adalah saat di mana energi di simpan di inti dari ‘flyback transformer‘. Karena dot convention, tegangan induksi di sisi sekunder saat ini memiliki polaritas terbalik dibanding sisi primer (negatif). Maka diode tidak bisa menghantar karena teagangan di anode lebih negatif daripada tegangan di katode, diode seperti sakelar yang dalam keadaan terbuka. Di fase ini jika COUT telah menyimpan energi dari siklus sebelumnya, maka beban akan disuplai energi oleh kapasitor tersebut.

Kondisi di Gambar 3(c) adalah kondisi OFF TIME, yaitu saat bagian primer dari ‘flyback transformer‘ terputus dari loop tertutup ke sumber tegangan VIN, menjadi sirkuit terbuka. Ini terjadi karena sakelar SW terbuka. Arus primer dan magnetic flux di ‘flyback transformer‘ menurun. Polaritas sisi sekunder menjadi ‘positif’, tegangan di sisi anode menjadi lebih positif terhadap ground dan katode. Karena itu di fase ini diode menghantar, menjadi seperti sakelar tertutup. Sisi sekunder menalirkan arus ke COUT dan RL. Jika flyback converter beroperasi di mode DCM maka seluruh energi yang tersimpan di magnetizing inductance sisi primer akan seluruhnya ditransfer ke beban.

Gambar 4. Flyback Converter Waveforms [AN2085].

Notasi yang dipakai di Gambar 4, VSW adalah tegangan di sakelar, IP adalah arus di sisi primer flyback transformer, IS adalah arus di sisi sekunder. 

Gambar 5. slup254 Under the Hood of Flyback SMPS Designs.

Keterangan berikut ini saya ambil dari sumber di Gambar 5. Sengaja tidak saya terjemahkan ke dalam Bahasa Indonesia, silakan dibandingkan dengan keterangan yang saya ketik di bagian sebelum ini. Semoga bagian ini dan seterusnya dapat menjadi contoh bagaimana suatu ‘bangunan pengetahuan’ dikonstruksi dari berbagai sumber. Terutama untuk pengetahuan yang sudah bersifat umum bagi umat manusia, dan bukan sesuatu yang sangat baru, misalnya baru dalam hitungan jam atau hari dan hanya di kalangan berjumlah kecil yang terbatas saja.

Gambar 6. Transfer of Energy slup254.

Gambar 7. slup261 Under the Hood of Flyback SMPS Designs.

Sebagaimana di Gambar 7, ada lebih dari dua mode operasi untuk flyback converter, yaitu selain CCM dan DCM. Bahkan masih ada yang tidak dicantumkan di kutipan tabel di Gambar 7, yaitu Boundary Mode.

Gambar 8. Operasi CCM dan DCM serta perhitungan duty cycle [slup261].

Gambar 8 menunjukkan gelombang (waveform) untuk masing-masing mode operasi, CCM dan DCM beserta perhitungan duty cycle untuk masing-masing mode operasi.

Gambar 9.  Aliran arus di flyback converter power stage [slup261].

Bisa diperhatikan di Gambar 9, skema paling kanan menunjukkan bahwa untuk mode DCM energi dipindahkan ke beban sampai tuntas di waktu sakelar terbuka.

Gambar 10. CCM vs. DCM.

Berikut ini adalah salah satu contoh bagaimana suatu keterangan mengenai rangkaian / topologi / komponen / sistem tertentu dapat ditemukan di dalam dokumen yang memiliki judul yang justru menunjukkan topik bahasan yang berbeda. Justru kadang-kadang dengan cara ini kita bisa mengerti hubungan antara suatu konsep dengan konsep lainnya, antara satu hal dengan hal lainnya. Bagaimana sesuatu bisa berevolusi menjadi sesuatu yang lain.

Penjelasan mengenai flyback converter power stage ini ditemukan di dokumen yang membahas mengenai buck-boost converter. Dokumen seperti ini dapat ditemukan dengan bantuan mesin pencari di Internet seperti Google atau Bing.

Gambar 11. Flyback Power Stage [3].

 

Unknown Quotes - 182 quotes on Unknown Science Quotes - Dictionary ...

font cache: Ψ α β π θ μ Φ φ ω Ω ° ~ ± ≈ ≠ ≡ ≤ ≥ ∞ ∫ • ∆

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *