يزيد التحكم الرقمي من كفاءة DC-DC المحولات
ال مرحلة التحول جسر كامل (PSFB) الطوبولوجيا هي DC-DC محول مع القدرة على تلبية متطلبات كفاءة الطاقة في المستقبل ال مرونة DSC يجعل PSFB غير مستقر إدارة الهيكل أسهل وتمكن التقنيات المتقدمة التي تعمل على تحسين PSFB الكفاءة أدناه سنناقش بسيط كامل الجسر الطوبولوجيا اللازمة لـ الترددات العالية العملية ثم مناقشة استراتيجية. تحسين الكفاءة محول الجسر الكاملكما هو موضح في الشكل 1 ، كامل الجسر تم تكوين المحول مع أربعة مفاتيح (Q1 و Q2 و Q3 و Q4). متى المفاتيح القطرية Q1 ، Q4 و Q2 ، Q3 يتم تشغيلها في نفس الوقت ، جهد إدخال كامل (VIN) يتم توفيره عبر الملف الأساسي للمحول. في كل نصف دورة للمحول ، المفاتيح القطرية Q1 و Q4 أو Q2 و Q3 قيد التشغيل ، ويتم عكس قطبية المحول كل نصف دورة. في جسر كامل المحول ، سيتم تخفيض تيار التحويل والتيار الأساسي عند طاقة معينة إلى النصف مقارنة بـ نصف جسر المحول. هذا تقليل التيار يجعل محولات الجسر الكامل مناسبة لمستويات عالية الطاقة. ومع ذلك ، تستخدم المفاتيح القطرية مفاتيح تبديل صلبة تسبب خسائر تحويل عالية عند تم تشغيله و إيقاف تشغيله. في الماضي ، كان على مهندسي الطاقة استخدام أقل كفاءة طرق تحويل الطاقة لأن لم تظهر وحدات التحكم الصحيحة بعد. ال خسائر هذه طرق زيادة مع زيادة التردد ، وبالتالي الحد من تردد التشغيل ، التي بدوره يحد من قدرة مزود الطاقة على إمداد الطاقة بكفاءة شكل 1: محول الجسر الكامل
جسر كامل التبديل لينة (PSFB) طوبولوجيا مع يمكن للمصممين الآن التفكير في استخدام ترددات تشغيل أعلى لتقليل عدد المكثفات المغناطيسية والفلتر في مصدر الطاقة. يمكن أن تؤدي الزيادة في التردد إلى خسائر تحويل أعلى في محولات طاقة التحويل الثابت مثل محولات الجسر الكامل التقليدية. البديل الأفضل هو اختيار طريقة تبديل لينة معقدة نسبيًا لتقليل خسائر التبديل وتوفير كثافة طاقة أعلى. ال PSFB المحول عبارة عن طوبولوجيا تبديل لينة تستخدم السعة الطفيلية (مثل السعة الناتجة لأجهزة التحويل مثل MOSFETs و IGBTs) ومحاثة التسرب للمحول لتحقيق تحويل الرنين هذا يسمح انتقال الطنين لجهاز التبديل بأن يكون له جهد صفري عبره عندما تشغيل ، وبالتالي القضاء على خسائر التبديل عندما تم تشغيله على. PSFB تم استخدام المحولات على نطاق واسع في تطبيقات الاتصالات والخوادم أين كثافة وتردد قدرة المحول أمران مهمان ال العمل العادي لـ PSFB تمت تغطية المحولات في العديد من المقالات ، وسنعرض كيف DSC يمكن أن تحسن أداء . شكل 2: المرحلة تحول جسر كامل محول
مرحلة التحول جسر كامل محول مع متزامن تقليدي MOSFET محرك البوابة معظم DC-DC تم تصميم المحولات مع محولات العزل لضمان سلامة المستخدم والامتثال لـ اللوائح التي وضعتها الهيئات التنظيمية ال مزود الطاقة ذو التصنيف الأعلى لديه PSFB طوبولوجيا في التصميم الأساسي ومقوم متزامن كامل الموجة في التصميم الثانوي لكفاءة أعلىفي PSFB المحول ، إذا متزامن MOSFET يتم استخدام التكوين الذي يتم التحكم فيه بواسطة الطريقة التقليدية ، Q1 ، Q3 أو Q2 ، Q4 من MOSFET يجب أن تكون في حالة. في هذا الوقت ، لا يتم نقل الطاقة من الابتدائية إلى الثانوية ، و MOSFET Q5 لا يزال في حالة . منذ هناك محاثة (Lo) على الجانب الثانوي من المحول ، تدور الطاقة في محث الإخراج بين MOSFET Q5 والملف الثانوي للمحول (Tx). يستمر التيار من خلال الملف الثانوي للمحول من خلال MOSFET's القناة أو من خلال الصمام الثنائي الداخلي لـ MOSFET. منذ الحالي سوف ينعكس من من الثانوي إلى الابتدائي ، سيكون هناك تيار متداول خلال الحالة الصفرية الأولية (أساسي إلى ثانوي بدون أي نقل للطاقة) ، أي يمكن أن يؤدي إلى خسائر في المحول. هؤلاء يمكن ملاحظة خسائر الحلقة بشكل خاص عند الفولتية العالية من في حالة المدخلات المقدرة الفولتية. بالإضافة إلى ذلك ، لتجنب الموصلية التحويلية ، يتم إدخال منطقة ميتة عمدًا بين Q5 و Q6 موسفيت بوابة السائقين أثناء هذا الوقت ، أي متزامن MOSFET لن يتم تشغيل . لذلك ، سوف يتدفق التيار عبر الصمام الثنائي الداخلي لـ MOSFET. هؤلاء موسفيت تتميز الثنائيات الداخلية بانخفاض جهد أمامي مرتفع مقارنة بـ MOSFET's الطرق (ON) ، التي هو (VF * I) (I2rms * Rds (on)). من خلال تركيب إشارة محرك البوابة ، يمكن منع الخسائر الكبيرة في محرك البوابة المتزامن التقليدي ، والذي سيتم وصفه في المقطع التالي شكل 3: التكوين التقليدي للمتزامن MOSFET محرك البوابة
تراكب متزامن MOSFET إشارات محرك البوابةبتركيب PWM إشارة محرك البوابة للـ MOSFET المتزامن ، يمكن تجنب الخسائر أثناء الحالة الصفرية للجانب الأساسي من المحول. هذا ستعمل على تحسين كفاءة الطاقة في المجالات الثلاثة التالية. أولاً ، في متصل بالمركز الموجة الكاملة المعدل ، تركيب إشارة محرك البوابة المتزامنة MOSFET سيقضي على التدفق في الصنبور المركزي الثانوي للمحول ، بحيث لا يوجد أي تدفق فعليًا بين المحول الثانوي والابتدائي.ثانيًا ، اثنان متزامن MOSFETs ويتم تشغيل الصنابير المركزية للمحول في وقت واحد ، بدلاً من واحد متزامن MOSFET وصنبور مركزي واحد محول. لذلك ، سيكون للتيار الثانوي نصف المقاومة الفعالة فقط ، وسيتم تقليل الخسارة بمقدار النصف مقارنة بالحالة حيث متزامن واحد فقط MOSFET قيد التشغيل . شكل 4: تركيب المتزامن MOSFET إشارة محرك البوابة لزيادة الكفاءة
أخيرًا ، في طرق التحويل التقليدية ، تم تقديم deadband عن قصد قد يكون 10@ فترة التبديل و أثناء هذا النطاق العكسي ، سيتدفق التيار الثانوي العالي من خلال الصمام الثنائي الداخلي للجهد الأمامي العالي المتساقط في MOSFET. من خلال تكوين PWM كومة إشارة محرك البوابة من MOSFET المتزامن ، يمكن أن يتدفق التيار الثانوي العالي عبر MOSFET قناة. في هذا الحالة ، سيكون هناك فقط Rds (ON) الخسائر التي صغيرة جدًا مقارنة بالخسائر التي تسببها الثنائيات الداخلية في MOSFET في deadband. عن أنظمة مع مدخلات الاتصالات (36 إلى 76 VDC) ، كفاءة DC-DC تم زيادة المحول بمقدار 3-4@ من خلال تراكب MOSFET المتزامن محرك البوابة إشارة. تنفيذ هذه تتطلب التقنيات وحدات تحكم طاقة مرنة مع مستقل تماما PWM المخرجات. DSCs مثل dsPIC DSC توفر المرونة و PWM أجهزة طرفية لتنفيذ هذا بسهولة وغيرها من تعزيز الكفاءة التقنيات. خاتمة ال PSFB تمتلك الطوبولوجيا القدرة على تحقيق الكفاءة التي تتطلبها إمدادات الطاقة الحديثة يسمح التحكم الرقمي للمصممين بالتحكم في PSFB طبولوجيا بدقة شديدة وتنفيذ تقنيات تحكم متقدمة مثل التركيب المتزامن MOSFETs. الهياكل الجديدة والتقنيات الجديدة والأفكار الجديدة تقود القوة إلى القرن الواحد والعشرون. وحدات التحكم الرقمية ، مثل Microchip's dsPIC DSC ، جاهزة لاحتياجات الطاقة المستقبلية.
