Bagaimana pengisi baterai telepon memiliki tegangan input variabel dengan tegangan output konstan?

Pemahaman dasar saya adalah bahwa transformator dapat mengecilkan tegangan dengan rasio gulungan primer dan sekunder, karena ini adalah rasio output tidak konstan.

Jadi pertanyaan saya adalah, bagaimana pengisi daya seperti pengisi daya telepon apple (catu daya Fly-back Switch) dapat mengambil input 100v-240v ~ 50/60 Hz untuk membuat output 5v yang konstan?

Di atas adalah diagram sirkuit yang seharusnya dari pengisi daya ponsel apple.

Apakah tegangan output konstan ini merupakan efek dari trafo flyback? (Saya memiliki sedikit pengalaman dalam catu daya AC ke DC) Setiap bantuan sangat dihargai.

Catu daya AC-DC modern melakukan konversi tegangan dalam tiga langkah. Secara kasar, prosesnya adalah sebagai berikut.

Pertama, mereka memperbaiki AC menjadi DC, jadi 100 V AC masuk ke sekitar 140 V DC, dan 240 V AC menghasilkan sekitar 340 V DC. Ini adalah langkah pertama. Ini adalah kisaran voltase yang ditangani oleh konverter tingkat kedua. Dan tegangan ini memiliki riak yang mengerikan pada 100-120 Hz.

Tahap kedua adalah "helikopter" yang memodulasi DC tegangan tinggi menjadi pulsa frekuensi tinggi, 100 kHz atau sesuatu. Ada IC pengontrol yang menggerakkan sepasang MOSFET yang kuat, yang dimuat dengan belitan primer transformator isolasi. Trafo, seperti yang telah Anda catat, memiliki rasio belitan tetap, sehingga pulsa keluaran akan memiliki amplitudo variabel proporsional dengan input DC (yaitu 140 hingga 340V, tidak termasuk riak dari 50/60 Hz pembetulan utama).

Namun, helikopter juga membuat pulsa ini dengan lebar berbeda, yang disebut PWM - Pulse-Width-Modulation. Jadi output dari transformator, ketika diperbaiki dengan penyearah dioda "setengah jalan" dan dihaluskan dengan kapasitor keluaran besar, rata-rata dapat memiliki amplitudo variabel: pulsa sempit membuat amplitudo rata-rata lebih rendah, dan sebaliknya. Ini adalah tahap ketiga dari konverter AC-DC.

Jadi, sementara transformator memiliki rasio belitan tetap, PWM masih memungkinkan untuk mengubah output penyearah dalam kisaran yang cukup besar, sehingga mengakomodasi rasio transformator tetap dan rentang tegangan input yang luas, termasuk riak tegangan.

Kontrol akhir dan stabilisasi tegangan dilakukan melalui mekanisme umpan balik negatif menggunakan isolator opto-linear. Jika tegangan yang diperbaiki terlalu tinggi, umpan balik membuat IC pengontrol untuk menghasilkan pulsa yang lebih sempit, sehingga tegangan turun, dan sebaliknya. Mekanisme umpan balik ini tidak hanya menangani tegangan, tetapi juga mengontrol daya keseluruhan yang dikirim ke beban PSU.

Ada beberapa detail yang bagus bagaimana transformer mentoleransi bentuk gelombang asimetris, ada beberapa trik rekayasa yang baik di belakang layar, tetapi pada dasarnya itu saja.

Jika Anda ingin mengidentifikasi satu 'komponen' yang bertanggung jawab untuk tegangan output konstan, maka itu adalah 'umpan balik'.

Jalur maju yang mencakup trafo flyback mendorong jumlah daya yang dapat dikontrol ke output. Tegangan pada output diukur, dan umpan balik meminta jumlah daya momen yang lebih kecil atau lebih besar, untuk menjaga tegangan konstan.

Jalur maju dirancang untuk dapat berjalan dari tegangan apa pun dalam rentang input, yang perlu sedikit perawatan dengan desain, tetapi cukup mudah.

Cara kerja konverter flyback adalah bahwa tegangan outputnya menyesuaikan dengan tegangan apa pun yang diperlukan untuk menghantarkan daya yang diminta untuk diberikan. Ini dapat naik atau turun dengan rasio besar, untuk memungkinkannya agar sesuai dengan rasio tegangan input dan output.

Pengisi daya ponsel harus melakukan beberapa hal selain mengatur tegangan. Itu harus mengkonversi AC ke DC, turunkan tegangan secara substansial dan memberikan isolasi substansial antara input dan output.

Karena kita hanya memusatkan perhatian pada regulasi, mari kita pertimbangkan charger DC-DC "in car", yang menerima DC pada rentang voltase lebar yang mungkin mencapai 28V, dan mengubahnya menjadi 5V.

Pengisi daya mungkin menggunakan transistor switching cepat dan dioda untuk beralih dengan cepat antara tegangan input dan ground, kemudian filter LC untuk memperlancar switching dan menghasilkan tegangan rata-rata. Fungsi transfer yang dihasilkan adalah Vout = D * Vin, di mana D adalah siklus tugas PWM. Untuk tegangan input yang masuk akal akan ada nilai "D" yang menghasilkan 5v.

Dalam bentuknya yang paling sederhana D diatur oleh "penguat kesalahan" pengontrol yang membandingkan Vout dengan tegangan referensi.

Dalam versi yang lebih halus, sirkuit PWM dimodifikasi untuk membatalkan pengaruh Vin, dua contohnya adalah "feedforward" dan "mode saat ini". Dalam mode saat ini, pulsa PWM berakhir ketika arus dalam induktor mencapai nilai. Jika tegangan input lebih tinggi nilainya tercapai lebih cepat tetapi outputnya relatif tidak terpengaruh.

Jika desain DC-DC ini "ditingkatkan" untuk menyertakan trafo, maka ia memberikan konfigurasi "maju" yang populer yang dapat lebih kompak dan efisien daripada flyback karena trafo dapat menggunakan komponen magnetik yang dioptimalkan untuk penggunaan transformator (ferit), dan induktor dapat menggunakan komponen untuk penggunaan induktor (serbuk besi).

"Transformator" dalam konverter flyback secara teknis bukan transformator tetapi dua induktor berpasangan. Tidak seperti transformator, ia menyimpan energi magnetik di celah udara. Toko energi diisi melalui saklar (transistor) selama pemindaian dan dibuang melalui dioda selama flyback. Sumber dan beban tidak pernah terhubung secara bersamaan, dan dengan demikian rasio belokan tidak berlaku.

Sebaliknya, siklus kerja, atau rasio on-off, adalah yang penting, karena tegangan rata-rata di atas induktor harus nol. Rasio ini mudah bervariasi. Tegangan keluaran biasanya diatur secara aktif, yaitu distabilkan terhadap variasi beban, oleh regulator dengan umpan balik.

Konverter flyback menghasilkan tegangan tinggi untuk tampilan CRT, memanfaatkan flyback cepat (atau retrace) dari defleksi horisontal, oleh karena itu namanya.

Sunting: rasio belokan juga penting, tetapi tidak sebanyak itu.