Un transformador flyback (FBT), también llamado transformador de salida de línea (LOPT), es un tipo especial de transformador eléctrico . Inicialmente fue diseñado para generar señales de diente de sierra de alto voltaje a una frecuencia relativamente alta. En aplicaciones modernas, se utiliza ampliamente en fuentes de alimentación de modo conmutado para suministros de baja (3 V) y alta tensión (más de 10 kV).
El circuito del transformador flyback se inventó como un medio para controlar el movimiento horizontal del haz de electrones en un tubo de rayos catódicos (CRT). A diferencia de los transformadores convencionales, un transformador flyback no recibe una señal de la misma forma de onda que la corriente de salida prevista. Un efecto secundario conveniente de un transformador de este tipo es la considerable energía disponible en su circuito magnético. Esto se puede aprovechar utilizando devanados adicionales para proporcionar energía para operar otras partes del equipo. En particular, se obtienen fácilmente voltajes muy altos usando relativamente pocas vueltas de devanados que, después de la rectificación , pueden proporcionar un voltaje de aceleración muy alto para un CRT. Muchas aplicaciones más recientes de dicho transformador prescinden de la necesidad de producir altos voltajes y usan el dispositivo como un medio relativamente eficiente para producir una amplia gama de voltajes más bajos usando un transformador que es mucho más pequeño que un transformador de red convencional. [ cita necesaria ]
El devanado primario del transformador flyback es accionado por un interruptor de una fuente de CC (generalmente un transistor ). Cuando se enciende el interruptor, la inductancia primaria hace que la corriente se acumule en una rampa. Un diodo integral conectado en serie con el devanado secundario evita la formación de una corriente secundaria que eventualmente se opondría a la rampa de corriente primaria. [1]
Cuando se apaga el interruptor, la corriente en el primario cae a cero. La energía almacenada en el núcleo magnético se libera al secundario a medida que colapsa el campo magnético del núcleo. El voltaje en el devanado de salida aumenta muy rápidamente (generalmente menos de un microsegundo) hasta que las condiciones de carga lo limitan. Una vez que el voltaje alcanza un nivel tal que permite una corriente secundaria, el flujo de carga es como una rampa descendente.
Luego se puede repetir el ciclo. Si se permite que la corriente secundaria caiga completamente a cero (no hay energía almacenada en el núcleo), entonces se dice que el transformador funciona en modo discontinuo . [2] Cuando la corriente secundaria siempre es distinta de cero (siempre se almacena algo de energía en el núcleo), entonces este es el modo continuo . [3] Esta terminología se utiliza especialmente en transformadores de suministro de energía.
El devanado de salida de bajo voltaje refleja el diente de sierra de la corriente primaria y, por ejemplo, para fines de televisión, tiene menos vueltas que el primario, proporcionando así una corriente más alta. Esta es una forma de onda pulsada y en rampa que se repite en la frecuencia horizontal (línea) de la pantalla. El retorno (la porción vertical de la onda en diente de sierra) puede ser un problema potencial para el transformador de retorno si la energía no tiene adónde ir: cuanto más rápido colapsa un campo magnético, mayor es el voltaje inducido que, si no se controla, puede sobrepasarse. los terminales del transformador. La alta frecuencia utilizada permite el uso de un transformador mucho más pequeño. En los televisores , esta alta frecuencia es de aproximadamente 15 kilohercios (15,625 kHz para PAL, 15,734 kHz para NTSC ), y las vibraciones del núcleo del transformador causadas por la magnetoestricción a menudo se pueden escuchar como un gemido agudo. En las pantallas de computadora basadas en CRT , la frecuencia puede variar en un amplio rango, desde aproximadamente 30 kHz a 150 kHz.
El transformador puede equiparse con devanados adicionales cuyo único propósito es inducir un pulso de voltaje relativamente grande cuando el campo magnético colapsa cuando se apaga el interruptor de entrada. Hay una energía considerable almacenada en el campo magnético, y acoplarla mediante devanados adicionales ayuda a que colapse rápidamente y evita el aumento de voltaje que de otro modo podría ocurrir. El tren de impulsos procedente de los devanados del transformador flyback se convierte en corriente continua mediante un simple rectificador de media onda . No tiene sentido utilizar un diseño de onda completa ya que no hay pulsos correspondientes de polaridad opuesta. Una vuelta de un devanado produce frecuentemente pulsos de varios voltios. En diseños de televisores más antiguos, el transformador producía el alto voltaje requerido para el voltaje de aceleración del CRT directamente con la salida rectificada por un rectificador simple. En diseños más modernos, el rectificador se sustituye por un multiplicador de voltaje . Los televisores en color también deben utilizar un regulador para controlar el alto voltaje. Los primeros conjuntos utilizaban un regulador de tubo de vacío en derivación, pero la introducción de los conjuntos de estado sólido empleaba una resistencia dependiente del voltaje más simple. El voltaje rectificado se utiliza luego para alimentar el ánodo final del tubo de rayos catódicos.
A menudo hay devanados auxiliares que producen voltajes más bajos para accionar otras partes del circuito de televisión. El voltaje utilizado para polarizar los diodos varactor en los sintonizadores modernos a menudo se deriva del transformador flyback ("Transformador de salida de línea" LOPT). En los juegos de tubos, un devanado de filamento de una o dos vueltas está ubicado en el lado opuesto del núcleo como secundario de alta tensión, que se utiliza para accionar el calentador del tubo rectificador de alta tensión.
En las pantallas modernas, el LOPT, el multiplicador de voltaje y el rectificador suelen estar integrados en un solo paquete en la placa de circuito principal. Generalmente hay un cable con un aislamiento grueso desde el LOPT hasta el terminal del ánodo (cubierto por una tapa de goma) en el costado del tubo de imagen.
Una ventaja de operar el transformador a la frecuencia de retorno es que puede ser mucho más pequeño y liviano que un transformador comparable que opera a la frecuencia de la red (línea). Otra ventaja es que proporciona un mecanismo a prueba de fallos : si falla el circuito de desviación horizontal, el transformador flyback dejará de funcionar y apagará el resto de la pantalla, evitando que la pantalla se queme como resultado de un haz de electrones estacionario.
El primario se enrolla primero alrededor de una varilla de ferrita y luego el secundario se enrolla alrededor del primario. Esta disposición minimiza la inductancia de fuga del primario. Finalmente, se envuelve un marco de ferrita alrededor del conjunto primario/secundario, cerrando las líneas del campo magnético. Entre la varilla y el marco hay un espacio de aire, lo que aumenta la desgana . [4] El secundario se enrolla capa por capa con alambre esmaltado y película Mylar entre las capas. De esta forma, las partes del cable con mayor voltaje tienen más material dieléctrico.
El transformador flyback opera dispositivos de visualización CRT , como televisores y monitores de computadora CRT. El voltaje y la frecuencia pueden variar en una amplia escala, dependiendo del dispositivo. Por ejemplo, un televisor CRT en color de gran tamaño puede requerir de 20 a 50 kV con una velocidad de escaneo horizontal de 15,734 kHz para dispositivos NTSC y 15,625 kHz para dispositivos PAL . A diferencia de un transformador de potencia (o "red"), que utiliza una corriente alterna de 50 o 60 hercios , un transformador flyback normalmente funciona con corrientes conmutadas a frecuencias mucho más altas en el rango de 15 kHz a 50 kHz.