العربية

العربية

ZVS جسر كامل DC-DC اعتبارات تصميم المحولات والنتائج التجريبية
خصائص تشغيل MOSFET الترانزستوراتفي مرحلة التحول ZVS جسر كامل DC-DC المحولات التصميم الاعتبارات والنتائج التجريبية

الملخص:
في السنوات الأخيرة ، استمر الطلب على الأنظمة عالية الطاقة الموفرة للطاقة في سوق تبديل إمدادات الطاقة في التزايد. مع هذا سحب ، يتحول المصممون إلى طبولوجيا المحول مع انخفاض الطاقة الخسائر. PWM التحكم في تغيير الطور جسر كامل المحول هو أحد أشهر soft-hard تبديل طبولوجيا إمداد الطاقة التي تحقق كفاءة طاقة عالية بقدرة عالية. هذا تهدف الورقة إلى التحقيق في خصائص تشغيل MOSFET تبديل الترانزستورات في الجهد الصفري التبديل (ZVS) محولات.

1. المقدمة

وضع السوق لـ الجهد الصفري التبديل التحول الطوري تشمل المحولات مصادر طاقة معدات الاتصالات ، وأجهزة الكمبيوتر المركزية أو الخوادم ، والأجهزة الإلكترونية الأخرى التي تتطلب كلاً من كثافة الطاقة وكفاءة الطاقة. إلى تحقيق هذا الهدف ، من الضروري تقليل فقد الطاقة والقدرة التفاعلية إنها طريقة مجدية لزيادة تردد التبديل للمحول ، لكن تردد التبديل العالي سيؤدي إلى زيادة فقدان التبديل ، يتعارض مع هدف تحسين كفاءة الطاقة الحل الفعال هو استخدام الجهد الصفري التبديل (ZVS) أو مفتاح التيار الصفري (ZCS) المحول طوبولوجيا. هذا تضمن الطريقة أن المفتاح جهد صفري أو صفر تيار قبل الدولة الانتقال. الجدير بالذكر بشكل خاص هو الجهد صفر التبديل. ال يمكن أن تضمن الطريقة أن أنبوب المفتاح يحتوي على جهد صفري عبر الأنبوب الأمامي قبل التوصيل ، وبالتالي القضاء على فقد الطاقة الناتج عن تداخل تيار التبديل والجهد الموجي. ال عبور الصفر تتميز طريقة التبديل بالعديد من المزايا ، مثل التحكم الخطي ، تشغيل التردد الثابت ، تكامل السعة الشاردة أو المقاومة في دائرة الطاقة ، وانخفاض التداخل الكهرومغناطيسي ، ولكن هناك العديد من العيوب ، على سبيل المثال ، تتميز وحدة التحكم في إزاحة الطور بتصميم معقد وأنبوب المعدل يتذبذب. التردد والتجاوز ، خسائر التبديل الناعمة تحت ظروف الحمل الخفيف. في الآونة الأخيرة ، أدى إدخال وحدات التحكم المتكاملة إلى تقليل تعقيد تصميم وحدة التحكم في تغيير الطور ، ويمكن أن يؤدي اختيار أنابيب التبديل المخصصة إلى حل مشكلة استهلاك طاقة تبديل الحمل الخفيف. بعض الخصائص الكهربائية لـ MOSFET تساعد النظام في تقليل احتمالية الفشل. هذا تصف المقالة تسلسل التبديل مع أعلى احتمال للفشل.

2. صفر طوبولوجيا تبديل الجهد مقدمة

ال تتكون دائرة تحويل الطور الأساسي من أربعة أنابيب تبديل ، كل منها والتي له اثنان تبديل أنابيب. لأن في وضع العمل ، لا تتغير أنابيب التبديل لذراع الجسر في نفس الوقت ، ودائمًا ما يغير ذراع الجسر حالة التبديل قبل ذراع الجسر الآخر. ال غالبًا ما يُشار إلى أول من يغير الحالة باسم "ذراع جسر رائد" والآخر يشار إليه باسم "lag bridge arm." كما هو موضح في الشكل 1 ، أنابيب التبديل Q1 و Q2 تمثل "الرائدة أذرع الجسر" ، وأنابيب التبديل Q3 و Q4 تمثل "التأخر الجسر الأسلحة".


شكل 1

ال يمكن التحكم في طاقة الخرج عن طريق ضبط تحول الطور الوقت. على وجه التحديد ، تكون طاقة الخرج كبيرة ، ويتم تعيين وقت إزاحة الطور ليكون أقصر ؛ طاقة الخرج صغيرة ، ووقت إزاحة الطور مضبوط لفترة أطول. هذا الطريقة يمكن التحكم في التبديل المرحلة.



الشكل 2


بالنظر إلى تسلسل الإشارات الموضحة في الشكل 2 ، فليس من الصعب فهم أن Q3 و Q4 يتم تشغيل أنابيب التبديل بعد إغلاق المفتاحين الآخرين لأنبوب التبديل تمامًا بمعنى آخر ، تشغيل أو إيقاف تشغيل "ذراع جسر رائد" مفاتيح Q1 و Q2 يحدث دائمًا قبل "lag bridge arm" مفاتيح Q3 و Q4. لأن تسلسل التبديل ، "ذراع جسر رائد" يجب أن يخضع المفتاح لمرحلة حرية الحركة ، و "lag bridge arm" لم يتم العثور على أنبوب التبديل هذا عملية. ال الجدول التالي هو تسلسل التبديل الجدول.



الجدول 1


هذا يمكن أن تقلل طريقة التحكم من فقدان التبديل لأن يتم تشغيله فقط عندما الجهد عبر المفتاح هو صفر. يوضح الشكل 3 أشكال موجة التيار والجهد لنموذجي مزاح طور (ف - ق) الجهد صفر التبديل المحول.



الشكل 3


بالنظر إلى تسليط الضوء على الشكل 3 ، ليس من الصعب العثور على Q4 تتكون الإشارة الحالية من جزأين ال يتدفق الجزء الأول من التيار عبر القناة بين المصدر وتصريف ترانزستور التحويل وصمام ثنائي تأثير الجسم ، بينما يتدفق الجزء الثاني من التيار فقط عبر القناة الداخلية بين الصرف ومصدر MOSFET. مع تغير قطبية جهد المحول ، ينعكس الاتجاه الحالي على الفور. مفتاح ذراع جسر التباطؤ Q2 (الرجاء التحقق من الأصل لمعرفة ما إذا كان هناك خطأ كتابي ) استخدم هذا تسلسل التبديل لتغيير حالة التبديل عندما عبور الصفر ، والبدء في إجراء متى الجهد عند كلا الطرفين هو صفر ، تحقق من تشغيل مفتاح الجهد الصفري. انتبه إلى إشارة Q4 أنبوب التبديل ، وخاصة إشارة الحالية. متى يغير التيار اتجاهه ، ينخفض ​​الجهد. منذ يتكون التيار من جزأين ، الوقت (trr) تم أخذها لإزالة ناقلات الأقلية في الصمام الثنائي بتأثير الجسم أقصر من الاختبار النموذجي الوقت. ال يرتبط تركيز ناقلات الأقلية بشكل أساسي بعمر إعادة التركيب لذلك ، من المستحسن أن هذا تستخدم الطوبولوجيا أنبوب تبديل مع استرداد عكسي سريع سرعة. أدناه نستكشف حالات الفشل المحتملة الناجمة عن هذا مشكلة.

3. فشل محتمل لأنبوب التبديل

كما هو موضح أعلاه ، أثناء الجهد صفر تبديل عملية انتقال الحالة ، الصمام الثنائي الداخلي للجسم MOSFET التبديل Q4 يشارك في عملية التبديل و في الوقت يتحدد بحجم الحمل. من أجل ضبط تيار الخرج ، يكون وقت إزاحة الطور بين ذراعي الجسر متغيرًا ، وبالتالي يتغير وقت توصيل الصمام الثنائي لتأثير الجسم وقت قصير بقدرة عالية إلى حمل خفيف لمدة وقت قصير.



الشكل 4




الشكل 5


دعونا نقارن بين الحالتين ال حالة الناقل الخفيف بالشكل 5 أقل من الوقت اللازم لإعادة تنظيم حامل الأقلية ، الذي قد يكون أقصر من الوقت اللازم لإكمال العملية. بالكامل تبحث عن كثب في هذا على سبيل المثال ، وجدنا أن الأحمال الخفيفة هي أهم شرط لـ هذا خطر.

كما هو موضح في الشكل 6 ، يمثل الخط الأحمر المتقطع وقت استرداد مختلف ، مما يشير إلى حالة أين قد يحدث فشل عندما الجهاز المناسب غير مستخدَم. نحن محاكاة ثلاث مرات استرداد مختلفة مع ثلاثة أسطر مختلفة ، اثنان منها تمثل حالة أمان وحالة ثالثة تمثل فشلًا محتملاً. في الحالة الأخيرة ، لا يكفي وقت الاسترداد للسماح بحاملات الأقلية داخل MOSFET لاسترداد .



الشكل 6


لتقليل مخاطر الفشل الناجم عن هذا الإجهاد الكهربائي ، MOSFET التبديل مع معلمتان أصغر حجمًا ، trr و Qrr ، يجب كن محددًا. نحن قدم العديد من تقنيات أشباه الموصلات التي تحل وضع الخطأ في ZVS طوبولوجيا. هناك العديد من MOSFETs مع وقت استرداد عكسي قصير وقوي dv / dt التسامح الذي مناسبة للتردد العالي ZVS جسر كامل تطبيقات. هؤلاء تسمح الطرق أيضًا بتبديل الشركات المصنعة لمصادر الطاقة لزيادة موثوقية أنظمة الطاقة يوضح الشكل 6 الشكل الموجي الحالي لأنبوب التحويل للجسر الرئيسي الذراع. نحن يمكن أيضًا إجراء تحليل مماثل لـ lag bridge switch على عكس أنبوب التبديل لذراع الجسر الرئيسي ، تتضمن مرحلة التوصيل لأنبوب تبديل جسر التخلفية عملية الاسترداد العكسي لتأثير الجسم الداخلي في هذا حالة ، إذا نفس أنبوب التبديل الذي تم تحديده بذراع الجسر الرئيسي ، لن تكون هناك مشكلة (الشكل 7) بسبب أنبوب مفتاح ذراع جسر التأخر لديه مزيد من الوقت للاسترداد العكسي.



الشكل 7


4. خاتمة

هذا تستكشف المقالة مخاطر الفشل المحتملة لـ MOSFET الترانزستورات في مرحلة التحول الجهد صفر تبديل محولات. من خلال تحليل ترتيب انتقال حالة التبديل لـ this طوبولوجيا خاصة ، هذا تركز الورقة على ظروف التشغيل الرئيسية بموجبها يمكن أن تحدث الأعطال ، بالإضافة إلى المواقع الأكثر حساسية للإجهاد الكهربائي داخل هذا طوبولوجيا. وفقًا لتسلسل التبديل ، هذا تنقسم الطوبولوجيا إلى جزئين: "الرائدة جسر ذراع ” و "تأخر جسر ذراع ”. هذا يناقش البحث بعض الخصائص الكهربائية لـ MOSFET الترانزستورات وتقترح أيضًا اختيار المنتج الفكرة. عند اختيار النوع ، يجب مراعاة ذراع الجسر المتقدم لـ trr و Qrr القيود. يمكن أن يؤدي اختيار أنبوب المفتاح الصحيح إلى تحسين موثوقية النظام ، وتقليل احتمالية فشل أنبوب التبديل ، وتحقيق تصميم قوي وموثوق.

ارسل رسالة
ارسل رسالة
إذا أنت مهتمون بمنتجاتنا ويريدون معرفة المزيد من التفاصيل ، يرجى ترك رسالة هنا ، وسنقوم بالرد عليك بأسرع ما نستطيع.

الصفحة الرئيسية

منتجات

حول

اتصل