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il controllo digitale aumenta l'efficienza di DC-DC convertitori
Il Sfasato Full-Bridge (PSFB) la topologia è un file DC-DC convertitore con il potenziale per soddisfare i requisiti futuri di efficienza energetica Il flessibilità del DSC rende instabile PSFB topologia più facile da gestire e abilita tecnologie avanzate che migliorano ulteriormente PSFB efficienza.

di seguito discuteremo il semplice full-bridge topologia necessaria per alta frequenza operazione e quindi discutere la strategia di miglioramento dell'efficienza.

convertitore full bridge
come mostrato in figura 1, il full-bridge convertitore è configurato con quattro interruttori (Q1, Q2, Q3 e Q4). Quando gli interruttori diagonali Q1, Q4 e Q2, Q3 sono contemporaneamente accesi, una tensione di ingresso completa (VIN) è fornito attraverso l'avvolgimento primario del trasformatore. in ogni mezzo ciclo del convertitore, la diagonale cambia Q1 e Q4 o Q2 e Q3 sono accesi e la polarità del trasformatore viene invertita ogni mezzo ciclo. in un full-bridge convertitore, la corrente di commutazione e la corrente primaria a una data potenza saranno dimezzate rispetto a un mezzo ponte convertitore. Questo la riduzione della corrente rende i convertitori full bridge adatti per livelli di potenza elevati. Tuttavia, gli interruttori diagonali utilizzano interruttori fissi che causano elevate perdite di commutazione quando acceso e spento.

in passato, gli ingegneri di potenza dovevano usare hard-switching meno efficienti metodi di conversione di potenza perché i controller giusti non erano ancora apparsi. Il perdite di questi metodi aumentano con aumentando la frequenza, limitando così la frequenza operativa, che a sua volta limita la capacità dell'alimentatore di fornire energia in modo efficiente

figura 1: convertitore full bridge

soft switch full bridge (PSFB) topologia
Con DSC esistenti, i progettisti possono ora considerare l'utilizzo di frequenze operative più elevate per ridurre il numero di condensatori magnetici e di filtro nell'alimentatore. un aumento della frequenza può comportare maggiori perdite di commutazione nei convertitori di potenza a commutazione dura come i convertitori a ponte intero convenzionali un'alternativa migliore è scegliere un metodo di commutazione soft relativamente complesso per ridurre le perdite di commutazione e fornire una maggiore densità di potenza
Il PSFB Il convertitore è una topologia a commutazione graduale che utilizza la capacità parassita (come la capacità di uscita di dispositivi di commutazione come MOSFET e IGBT) e l'induttanza di dispersione del trasformatore per ottenere una conversione risonante. Questo la transizione risonante consente al dispositivo di commutazione di avere una tensione zero su di esso quando acceso, eliminando così le perdite di commutazione quando è acceso.
PSFB i convertitori sono stati ampiamente utilizzati nelle applicazioni di telecomunicazioni e server dove la densità di potenza e la frequenza del convertitore sono critiche Il lavoro regolare di PSFB convertitori è trattato in molti articoli e mostreremo come DSC può migliorare ulteriormente le prestazioni.

figura 2: Sfasato full-bridge convertitore

Sfasato Full-Bridge convertitore con sincrono tradizionale MOSFET cancello automatico
la maggior parte DC-DC i convertitori sono progettati con trasformatori di isolamento per garantire la sicurezza dell'utente e la conformità con regolamenti stabiliti dalle agenzie di regolamentazione. Il un alimentatore di potenza superiore ha un PSFB topologia nella progettazione primaria e un raddrizzatore sincrono a onda intera nella progettazione secondaria per una maggiore efficienza.

nel PSFB convertitore, if il MOSFET sincrono viene utilizzata la configurazione controllata dal metodo convenzionale, Q1, Q3 o Q2, Q4 del MOSFET dovrebbe essere in uno stato. a questo tempo, nessuna potenza viene trasmessa da il primario al secondario e il MOSFET Q5 è ancora in uno stato.

Da c'è un'induttanza (Lo) sul lato secondario del convertitore, l'energia nell'induttore di uscita circola tra MOSFET Q5 e l'avvolgimento secondario del trasformatore (Tx). la corrente continua attraverso l'avvolgimento secondario del trasformatore attraverso i MOSFET canale o attraverso il diodo interno del MOSFET. Da corrente sarà riflessa da il secondario al primario, ci sarà una corrente circolante durante lo stato zero primario (dal primario al secondario senza alcun trasferimento di energia), che può provocare perdite nel converter. Questi le perdite di loop sono particolarmente evidenti a tensioni superiori di nel caso di tensioni di ingresso nominali. inoltre, per evitare la transconduttanza, viene intenzionalmente introdotta una zona morta tra Q5 e Q6 MOSFET cancello driver. Durante questo tempo, qualsiasi MOSFET sincrono non si accenderà . Pertanto, la corrente scorrerà attraverso il diodo interno del MOSFET. Questi MOSFET i diodi interni hanno una caduta di tensione diretta elevata rispetto ai MOSFET Rds (ON), quale è (VF * I) (I2rms * Rds (attivato)).

sovrapponendo il segnale di gate drive, è possibile evitare perdite elevate nel gate drive sincrono convenzionale, che sarà descritto nella prossima sezione.

figura 3: configurazione tradizionale di sincrono MOSFET cancello automatico

sovrapposizione di sincrono MOSFET segnali di azionamento del cancello
sovrapponendo PWM segnale di pilotaggio del gate del MOSFET sincrono, è possibile evitare perdite durante lo stato zero del lato primario del trasformatore. Questo migliorerà l'efficienza energetica nelle seguenti tre aree
Innanzitutto, in un center-connected onda intera raddrizzatore, sovrapponendo il segnale di gate drive del MOSFET sincrono eliminerà il flusso nel rubinetto centrale secondario del trasformatore, in modo che non vi sia praticamente alcun flusso tra il secondario del trasformatore e il primario.

In secondo luogo, i due MOSFET sincroni e le due prese centrali del trasformatore vengono attivate contemporaneamente, invece che uno sincrono MOSFET e un rubinetto centrale trasformatore. Pertanto, la corrente secondaria avrà solo la metà della resistenza effettiva e la perdita sarà ridotta della metà rispetto al caso dove solo un MOSFET sincrono è acceso.

figura 4: sovrapponendo il MOSFET sincrono segnale di azionamento del cancello per aumentare l'efficienza
Infine, nei metodi di commutazione convenzionali, deadband può essere 10 % del periodo di commutazione e durante questo banda morta, corrente secondaria alta fluirà attraverso il diodo interno ad alta caduta di tensione diretta del MOSFET configurando il PWM stack di segnali di pilotaggio del gate del MOSFET sincrono, la corrente secondaria elevata può fluire attraverso il MOSFET canale. in questo caso, ci sarà solo Rds (ON) perdite, quali sono molto piccole rispetto alle perdite causate dai diodi interni del MOSFET nella banda morta. Per sistemi con ingresso telecom (da 36 a 76 VDC), l'efficienza del DC-DC convertitore è aumentato di 3-4 % sovrapponendo il MOSFET sincrono gate drive signal.
implementando questi tecnologie richiedono regolatori di potenza flessibili con completamente indipendente PWM uscite. DSC come il dsPIC DSC fornire flessibilità e PWM periferiche per implementare facilmente this e altri miglioramento dell'efficienza tecnologie.

conclusione
Il PSFB la topologia ha il potenziale per raggiungere l'efficienza richiesta dai moderni alimentatori. il controllo digitale consente ai progettisti di controllare PSFB topologia in modo molto accurato e implementare tecniche di controllo avanzate come la sovrapposizione di MOSFET. . sincroni nuove topologie, nuove tecnologie e nuove idee stanno portando il potere into il 21 ° secolo. controller digitali, come Microchip dsPIC DSC, sono pronti per i futuri bisogni.
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