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El control digital aumenta la eficiencia de DC-DC convertidores
El Desplazado de fase Puente completo (PSFB) la topología es una DC-DC convertidor con el potencial para cumplir con los requisitos futuros de eficiencia energética. El flexibilidad del DSC hace que lo inestable PSFB topología más fácil de administrar y permite tecnologías avanzadas que mejoran aún más PSFB eficiencia.

a continuación discutiremos el simple puente completo topología necesaria para alta frecuencia operación y luego discutir la estrategia de mejora de la eficiencia.

convertidor de puente completo
como se muestra en la figura 1, el puente completo el convertidor está configurado con cuatro interruptores (Q1, Q2, Q3 y Q4). Cuando los interruptores diagonales Q1, Q4 y Q2, Q3 se encienden simultáneamente, un voltaje de entrada completo (VIN) se proporciona a través del devanado primario del transformador. en cada medio ciclo del convertidor, la diagonal cambia Q1 y Q4 o Q2 y Q3 se encienden y la polaridad del transformador se invierte cada medio ciclo. en un puente completo convertidor, la corriente de conmutación y la corriente primaria a una potencia determinada se reducirán a la mitad en comparación con un medio puente convertidor. Este La reducción de corriente hace que los convertidores de puente completo sean adecuados para niveles de alta potencia. Sin embargo, los interruptores diagonales utilizan interruptores duros que causan altas pérdidas de conmutación cuando encendido y apagado.

en el pasado, los ingenieros de energía tenían que usar menos eficientes hard-switching métodos de conversión de energía porque los controladores adecuados aún no habían aparecido. El pérdidas de estos los métodos aumentan con aumentando la frecuencia, limitando así la frecuencia de funcionamiento, que a su vez, limita la capacidad de la fuente de alimentación para suministrar energía de manera eficiente.

figura 1: convertidor de puente completo

puente completo de interruptor suave (PSFB) topología
Con DSC existentes, los diseñadores ahora pueden considerar el uso de frecuencias de funcionamiento más altas para reducir el número de condensadores magnéticos y de filtro en la fuente de alimentación. un aumento en la frecuencia puede resultar en mayores pérdidas de conmutación en convertidores de potencia de conmutación dura, como los convertidores de puente completo convencionales. una mejor alternativa es elegir un método de conmutación suave relativamente complejo para reducir las pérdidas de conmutación y proporcionar una mayor densidad de potencia.
El PSFB convertidor es una topología de conmutación suave que utiliza capacitancia parásita (como como la capacitancia de salida de dispositivos de conmutación como MOSFET e IGBT) y la inductancia de fuga del transformador para lograr la conversión resonante. Este La transición resonante permite que el dispositivo de conmutación tenga voltaje cero a través de él cuando encendido, eliminando así las pérdidas de conmutación cuando está encendido.
PSFB convertidores se han utilizado ampliamente en aplicaciones de telecomunicaciones y servidores donde la densidad de potencia y la frecuencia del convertidor son críticas. El trabajo regular de PSFB convertidores se trata en muchos artículos, y mostraremos cómo DSC puede mejorar aún más el rendimiento.

figura 2: Fase desplazada puente completo convertidor

Desplazado de fase Puente completo convertidor con sincrónico tradicional MOSFET unidad de puerta
la mayoría DC-DC Los convertidores están diseñados con transformadores de aislamiento para garantizar la seguridad del usuario y el cumplimiento regulaciones establecidas por agencias reguladoras. El fuente de alimentación de mayor potencia tiene un PSFB topología en el diseño primario y un rectificador síncrono de onda completa en el diseño secundario para mayor eficiencia.

en el PSFB convertidor, si el sincrónico MOSFET se utiliza la configuración controlada por el método convencional, Q1, Q3 o Q2, Q4 del MOSFET debería estar en un estado encendido. en esto tiempo, no se transmite energía desde el primario al secundario, y el MOSFET Q5 todavía está en un estado encendido.

Desde hay una inductancia (Lo) en el lado secundario del convertidor, la energía en el inductor de salida circula entre el MOSFET Q5 y el devanado secundario del transformador (Tx). la corriente continúa a través del devanado secundario del transformador a través de los MOSFET canal oa través del diodo interno del MOSFET. Desde la corriente se reflejará de del secundario al primario, habrá una corriente circulante durante el estado cero primario (primario a secundario sin transferencia de energía), que puede resultar en pérdidas en el convertidor. Estos las pérdidas de bucle son especialmente notables a voltajes más altos que en el caso de tensiones nominales de entrada. además, para evitar la transconductancia, se introduce intencionadamente una zona muerta entre Q5 y P6 MOSFET puerta conductores. Durante esto tiempo, cualquier sincrónico MOSFET no se enciende. Por lo tanto, la corriente fluirá a través del diodo interno del MOSFET. Estos MOSFET los diodos internos tienen una caída de voltaje directa alta en comparación con los MOSFET Rds (ON), que es (VF * I) (I2rms * Rds (activado)).

superponiendo la señal de accionamiento de la puerta, se pueden evitar altas pérdidas en el accionamiento de puerta síncrono convencional, se describirá en la siguiente sección.

figura 3: configuración tradicional de sincronismo MOSFET unidad de puerta

superposición de sincronismo MOSFET señales de accionamiento de puerta
superponiendo el PWM señal de accionamiento de puerta del MOSFET síncrono, las pérdidas se pueden evitar durante el estado cero del lado primario del transformador. Este mejorará la eficiencia energética en las siguientes tres áreas.
Primero, en un centro conectado onda completa rectificador, superponiendo la señal de accionamiento de la puerta del sincronizador MOSFET eliminará el flujo en la toma central del secundario del transformador, de modo que prácticamente no haya flujo entre el secundario y el primario del transformador.

En segundo lugar, los dos MOSFET síncronos y las dos tomas centrales del transformador se encienden simultáneamente, en lugar de uno sincrónico MOSFET y un grifo central transformador. Por lo tanto, la corriente secundaria tendrá solo la mitad de la resistencia efectiva y la pérdida se reducirá a la mitad en comparación con el caso donde solo uno sincrónico MOSFET está encendido.

figura 4: superponiendo el sincrónico MOSFET señal de accionamiento de puerta para aumentar la eficiencia
Finalmente, en los métodos de conmutación convencionales, la banda muerta introducida intencionalmente puede ser 10 % del período de cambio, y durante esto banda muerta, alta corriente secundaria fluirá a través del diodo interno de alta caída de voltaje directo del MOSFET. configurando el PWM pila de señales de accionamiento de puerta del MOSFET síncrono, la corriente secundaria alta puede fluir a través del MOSFET canal. en esto caso, sólo habrá Rds (ON) pérdidas, que son muy pequeñas en comparación con las pérdidas causadas por los diodos internos del MOSFET en la banda muerta. Para sistemas con entrada de telecomunicaciones (36 a 76 VCC), la eficiencia del DC-DC convertidor aumenta en 3-4 % superponiendo el sincrónico MOSFET señal de accionamiento de puerta.
implementando estos tecnologías requiere controladores de potencia flexibles totalmente independiente PWM salidas. DSC como el dsPIC DSC proporcionan flexibilidad y PWM periféricos para implementar fácilmente esto y otros mejora de la eficiencia tecnologías.

conclusión
El PSFB La topología tiene el potencial de lograr la eficiencia requerida por las fuentes de alimentación modernas. El control digital permite a los diseñadores controlar el PSFB topología con mucha precisión e implementar técnicas de control avanzadas como la superposición de MOSFET síncronos. nuevas topologías, nuevas tecnologías y nuevas ideas están impulsando el poder el siglo XXI. controladores digitales, como Microchip's dsPIC DSC, están listos para futuras necesidades de energía.
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