2. Принцип дії і основні співвідношення.

На рис. 1 зображено силову частину флайбека, а на рис. 2 – діаграми його основних струмів і напруг.

Рис. 1. Силова частина флайбека

Проаналізуємо найпоширеніший режим роботи флайбека – режим розривних струмів (discontinues) – що до початку наступного циклу вся енергія з трансформатора передана в навантаження, і наступний цикл починається з нульового струму в трансформаторі. Режим безрозривних струмів (continues) поширений значно менше.

Для аналізу розіб’ємо робочий цикл на періоди. Нехай схема працює на частоті f, період буде T=1/f. Інтервал (t₀-t₁) – час включення силового ключа Q₁ (час прямого ходу) позначимо як t_ON, тобто робочий цикл (Duty Circle, у подальшому D) буде визначатися як D = t_ON / T.

2.1. Інтервал (t0-t1).

До моменту t₀ сердечник трансформатора повністю розмагнічено і струм в ньому відсутній. В момент, коли з ШІМ-контролера подається керуючий сигнал, силовий ключ Q₁ відкривається і струм в трансформаторі починає рости. Тобто в ідеалізованій схемі включення силового транзистора відбувається при нульовому струмі.

В реальних умовах відбувається деякий викид струму, пов'язаний з зарядом паразитних ємностей трансформатора, що при великих вхідних напругах призводить до істотних втрат в ключі і виникненню паразитних високочастотних коливань. Для зменшення останніх прагнуть трохи сповільнити процес відкривання транзистора для зменшення паразитних струмів. Вихідний діод також повністю закритий до цього часу, і немає необхідності в швидкому його перезаряді/відновленні.

Рис. 2. Діаграми основних струмів і напруг силової частини флайбека

Струм в індуктивності первинної обмотки трансформатора L_PRI буде наростати до тих пір, поки ШІМ-контролер не дасть команду на вимикання силового транзистора. ШІМ-контролер розраховує (виходячи з сигналу неузгодженості зворотного зв'язку) кількість енергії, яку необхідно запасти для підтримки постійної потужності в навантаженні плюс втрати в самому джерелі. Якщо потужність в навантаженні позначити як P_OUT, то за час прямого ходу ми повинні запасти наступну кількість енергії:

,

де η – коефіцієнт корисної дії (ККД), f – частота перетворення.

Енергія, що запасається в індуктивності, розраховується за формулою і можна знайти струм, який росте у первинній обмотці трансформатора під час прямого хода:

.

Далі, при розрахунку трансформатора, будемо користуватись цим співвідношенням водночас з формулою для визначення необхідної індуктивності первинної обмотки.

Величина імпульсного струму не залежить від вхідної напруги і це дозволяє будувати схеми обмеження вихідного струму (потужності).

Визначимо середньоквадратичне значення первинного струму для розрахунку втрат в силовому ключі і в обмотці трансформатора.. Для трикутного струму середньоквадратичне значення буде розраховуватись за формулою

.

Звідси, статичні втрати в силовому ключі будуть:

,

де – опір каналу відкритого транзистора.

Втрати в первинній обмотці у загальному випадку розраховуються з врахуванням близькості. Основні співвідношення для втрат будуть приведені при розрахунку трансформатора далі.

На вторинній стороні під час цього інтервалу струм навантаження підтримується виключно вихідним конденсатором. До вихідного діода D_OUT прикладається відтрансформована вхідна напруга. Якщо первинна обмотка має N₁ витків, а вторинна – N₂, то коефіцієнт трансформації буде , і зворотна напруга на діоді D_OUT буде:

,

де – пряме падіння напруги на вихідному діоді.

При використанні діодів Шотки з недостатнім запасом по напрузі в цьому інтервалі можуть виникнути проблеми – при великій напрузі зворотний струм діода Шотки може досягати істотних значень – одиниць і навіть десятків міліампер, що вкупі з великою зворотньою напругою створює велику розсіювану потужність, особливо при підвищеній температурі – тут можна легко отримати втрати, що перевищують навіть втрати від протікання прямого струму.