Mengapa celah udara flyback diperlukan untuk penyimpanan energi?

Mengapa begitu banyak sumber mengatakan sesuatu di sepanjang garis "karena transformator flyback menyimpan energi, celah udara diperlukan"? Saya telah melihat alasan ini dalam buku pelajaran dan catatan aplikasi.

Saya pikir celah udara tidak dapat menyimpan energi dan saya pikir juga trafo flyback menyimpan energi dengan induktansi, dan celah udara mengurangi induktansi sehingga saya akan berpikir itu juga mengurangi kemampuan induktor / flyback untuk menyimpan energi.

Di mana saya bingung?

Tidak seperti transformator maju-topologi (di mana belitan primer dan sekunder melakukan pada saat yang sama), trafo flyback harus menyimpan energi selama sakelar primer tepat waktu, mengirimkannya ke beban selama sakelar sakelar mati utama.

Trafo forward-topologi tidak memerlukan celah karena kerapatan fluks puncak adalah fungsi dari volt-detik yang diterapkan saja; daya yang diberikan 'melalui' transformator bukanlah variabel (selain pengaruhnya pada siklus kerja). Hanya arus magnetisasi yang menggerakkan inti sepanjang loop histeresisnya, yang tidak menimbulkan risiko saturasi jika semuanya dirancang dengan baik, karena belokan ampere primer dan sekunder saling membatalkan.

Sebuah transformator flyback tidak memiliki manfaat pembatalan ampere-belok dari konverter maju, jadi seluruh energi primer menggerakkan inti naik kurva histeresisnya. Celah udara meratakan kurva histeresis dan memungkinkan penanganan energi lebih banyak dengan mengurangi permeabilitas inti. Anda tentu saja perlu menambahkan lebih banyak belokan untuk mendapatkan induktansi yang Anda inginkan dibandingkan dengan tidak ada celah, tetapi Anda menghindari saturasi inti.$\frac{1}{2}LI^2$

Poin kunci di sini adalah bahwa tanpa celah udara induktor akan jenuh jika Anda mencoba untuk mengalirkan arus sehingga induktansi akan turun dan Anda tidak dapat menyimpan energi.

Istilah "Flyback Transformer" sedikit menyesatkan dan lebih bermanfaat untuk menganggapnya sebagai induktor berpasangan daripada transformator karena aksinya sangat berbeda dengan energi transformator konvensional yang masuk ke primer dan keluar dari sekunder pada saat yang bersamaan. tidak menyimpan energi. Dengan energi transformator "Flyback" pertama disimpan kemudian dilepaskan.

Mengambil beberapa hal yang kita ketahui tentang induktor

$$v = L \frac{di}{dt} = N A \frac {dB}{dt}$$

Di mana v adalah tegangan, i adalah arus, N berbelok, B adalah kerapatan fluks dan A adalah area magnet efektif.

Juga

$$H = \frac {N \ i}{l} \Rightarrow i = \frac {H \ l}{N}$$

di mana H adalah kekuatan medan magnet, N berubah dan l adalah panjang jalur magnet

Akhirnya permiabilitas

$$\mu = \frac {B}{H} \Rightarrow H = \frac {B}{\mu}$$

Jadi

$$i = \frac{B \ l}{\mu \ N}$$

Sekarang kita dapat menghitung Energi

$$\begin{align} Energy & = \int{i \ v} \ dt\\ & = \int{\left( \frac{B \ l}{\mu \ N} \right) \ \left( N A \frac {dB}{dt} \right)} \ dt\\ & = \frac {A \ l}{\mu}\int{B} \ dB\\ & = \frac {A \ l}{\mu}\frac{B^2}{2}\\ \end{align}$$

Penyimpanan energi karena itu hanya mungkin di celah udara dan sebanding dengan volume celah udara dan kuadrat dari kepadatan fluks.

Bertentangan dengan apa yang dipikirkan kebanyakan orang, termasuk Anda sendiri, sebagian besar energi yang berguna disimpan di celah inti.

Untuk kasus ferit, celah didistribusikan antara partikel-partikel logam kecil sehingga juga memiliki celah yang efektif digunakan untuk perhitungan. Celah ini meringkaskan loop BH dan meningkatkan penanganan saat ini sebelum saturasi.

Kesenjangan udara biasanya digunakan untuk pertimbangan keselamatan. Untuk transformator flyback, Anda tidak ingin busur antara belitan primer dan sekunder, dan menggunakan celah udara.