Volt-Saniye Dengesine Dayalı Senkron Düzeltme Şeması Üzerine Tartışma
Güç kaynağının verimliliğini ve güç yoğunluğunu iyileştirmek için, özellikle düşük çıkış gerilimi uygulamaları için, senkron düzeltme zorunludur.
Şekil 1-1 Geri dönüş çıkış diyot kaybı
Örneğin, yukarıdaki şekilde geri dönüş güç kaynağının çıkış diyotu Vf = 0.7V ve çıkış voltajı Vout = 3V ise, verimlilik 3 / (3 + 0.7) =% 81'den yüksek olmayacaktır.
Verimliliği artırmak için, genellikle düşük iletim voltajı düşüşüne sahip Schottky diyotları seçilir Schottky diyotları ile karşılaştırıldığında, senkron düzeltme verimliliği daha da artırabilir.
Şekil 1-2 Sıradan diyot, Schottky diyot ve eşzamanlı düzeltme karşılaştırması
Senkron düzeltmenin kontrolü, volt-saniye dengesi ve uyarlamalı kontrole dayalı olarak boşaltma kaynağı voltajına bağlı olarak kendi kendine yürütülebilir Her kontrol yönteminin kendi avantajları ve dezavantajları vardır.
Volt-saniye denge kontrol yöntemi esas olarak CCM modunda bazı problemlere ve dinamik volt-saniye dengesizliğine sahiptir.Burada, bu problemleri tartışacağım ve çözeceğim ve volt-saniye denge prensibine dayanan bir senkron düzeltme kontrol devresini DIY yapmaya çalışacağım.
İlk olarak, izole geri dönüş senkron düzeltmesi tartışma hedefidir. Geri dönüşün enerji depolama endüktansı transformatörün kendisidir. Dalga formu özellikleri aşağıdaki gibidir:
Şekil 1-3 Geri dönüş çıkış diyotu Vf + dalga formu
Simülasyon parametreleri
Transformatör dönüş oranı n = 6.5: 1
Giriş voltajı 100V
Çıkış voltajı 12V
Diyot iletim voltajı düşüşü 0.7V
Anahtarlama frekansı 60kHz
Yukarıdaki dalga formundaki Vf +, Şekil 1'deki çıkış diyotunun anot dalga formudur:
Ton anında çıkış voltajı Vf + = 12 + 0.7 = 12.7V olarak sıkıştırılmıştır.
Toff'ta giriş gerilimi, Vf + = - 100 / 6.5 = -15.38V trafosu tarafından ikincil tarafa dönüştürülür (gerçek simülasyon değeri, kaçak endüktansın kısmi basıncından dolayı -14.92V'dir)
Bu Vf +, indüktörün her iki ucundaki voltaj değişimini yaklaşık olarak yansıtır, bu nedenle bu voltaj, akımın ön yargısını gerçekleştirmek için volt-saniye dengesinde mevcut durumu oluşturmak ve simüle etmek için kullanılabilir.
Analog indüktör akımı bir entegre devre ile gerçekleştirilebilir.Entegrasyon devresi ayrıca yüksek frekanslı salınımlı dalgayı düzeltir ve devrenin anti-parazit yeteneğini geliştirir Burada, integral fonksiyonunu gerçekleştirmek için basit bir RC devresi kullanılır.
Şekil 1-4 RC entegrasyon devresi ile indüktör akımı simülasyonunu gerçekleştirin
Yukarıda belirtilen RC entegrasyon devresinin indüktör akımı üzerindeki simülasyon etkisini doğrulamak için simülasyonu kullanın:
Şekil 1-5 İndüktör akımı ile simüle edilmiş indüktör akımının karşılaştırılması
Şekil 1-5'teki simüle edilmiş indüktör akımı ve gerçek indüktör akımı, bir ayna görüntüsüdür ve bir DC sapma ilişkisine sahiptir.DC sapmasının, volt-saniye denge uygulaması üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur.İlgili işlemden sonra, simüle edilmiş indüktör akımı tarafımızdan kullanılabilir. , Açılış ve erken kapatma ve diğer işlemleri geciktirmek için ön karar yoluyla.
Şekil 1-5'teki analog indüktör akımı, işlenmesi zahmetli olan yansıtılmış bir AC sinyalidir, bu nedenle entegratör devresi başka bir forma dönüştürülür.
Senkron düzeltme, anahtarlama tüpü için nS seviyesinde çalışma süresini kullanır Bu nedenle, kontrol devresinde hiçbir işlemsel amplifikatör kullanılmaz, bunlar sadece yüksek hızlı karşılaştırıcılardır. Ayna işlemi yukarıdaki şekilde gösterildiği gibidir. Ancak, D5 diyotu ile kenetlenen bu işlemden sonra referans noktası Vout olur.
Ek olarak, senkron redresör başlangıçta düşük tarafa yerleştirilir, böylece sürücü daha basit olur, ancak EMI ortak mod gürültüsü daha kötü olacaktır.
Sabit durumda eşzamanlı düzeltme sürücü sinyali Qr üretimi aşağıdaki iki kısma ayrılabilir:
Gecikmeli açılış
Şekil 1-6 RC entegrasyon devresi 2
Şekil 1-6'daki çıkış diyot katodunun Vf-terminalindeki sinyal yaklaşık olarak birincil MOS sürücü sinyali Q ile senkronize edilir.
Şekil 1-7 Çıkış diyot katot Vf sinyali
Vf sinyalini bir referans olarak kullanarak ve küçük bir gecikme (ölü zaman) ekleyerek, gecikmeli açma Qr sinyali elde edilebilir.
Erken kapat
Simüle edilmiş indüktör akım sinyali V_inductor ile çıkış Vout sinyali karşılaştırılarak, senkronizasyon sinyali önceden kapatılabilir.
Birinci ve ikinci noktaları birleştiren, sabit durum CCM modunda senkronize sürüş Qr sinyali aşağıdaki gibidir:
Şekil 1-8 Qr sinyali ve kararlı durum CCM modunda üretim devresi
Aralıklı modda, indüktör akım dalga biçimi biraz salınır.Bunu çözmek için yukarıdaki devrenin direnç parametrelerini ayarlayın.
Şekil 1-9 Kararlı durum DCM modunda Qr sinyali
Dinamik zaman volt-saniye "dengesizliği", volt-saniye dengesine dayalı bu kontrol yöntemi nasıl geliştirilir?
Geri dönüşün volt-saniye denge formülü şöyledir: Uin * Ton / Lm = Uo * Toff / Lm
Basitleştirmeden sonra: Uin * Don = Uo * Doff
Kesinti: Uo = Uin * Don / (1-Don) (BCM veya CCM modunda)
Güç kaynağı henüz açıldığında, çıkış gerilimi Uo kademeli olarak sıfırdan ayarlanan gerilim değerine yükselir Bu süreçte, volt-saniye dengesi korunacaksa, Toff süresi anahtarlama süresinden çok daha uzun olacaktır.Bu sabit frekans kontrol modu için imkansızdır. Dolayısıyla volt-saniye bu aşamada dengeyi sağlayamaz.
Şekil 2-1 Açılışta Dengesiz Volt-Saniye Dalga Formu
Yukarıdaki şekilde, volt-saniye cinsinden dengesizlik nedeniyle, indüktör akımı sabit durumdakinden daha yüksektir (devrenin akım sınırlama işlemi vardır), simüle edilmiş indüktör akımı da n_vo sinyalinin aralığını aşar ve senkronizasyon sinyali Qr kontrol dışıdır. Şekilde, tsr sinyal tablosu Q, birincil tarafın ve senkronizasyon sinyalinin aynı anda açılıp açılmadığını kontrol etmek için Qr sinyali ile ANDlanır Normalde, tsr sinyali her zaman düşük olmalıdır.
Herhangi bir durumda volt-saniye dengesini "karşılamak" için, volt-saniye denge formülüne göre iki yöntem vardır:
Yöntem 1 Anahtarlama döngüsünde karışıklık yaratın
Bu yöntem, Q + Qr sinyalini zorlamaktır. Spesifik uygulama yöntemi, ikincil taraf senkron MOS'un kapama sinyali olarak T periyodu olan bir zamanlayıcı devresini tetiklemek için Q sinyalini (gerçekte Vf sinyali) kullanmaktır. Bu yöntem yalnızca kritik ve sürekli içindir. Mod, aralıklı modda etkilenmez. Ek olarak, düşük gerilim koruma fonksiyonu eklenir ve simülasyon sonuçları aşağıdaki gibidir:
Şekil 2-2-1 Döngü yöntemi başlangıcı ve dinamik dalga formu
Periyot yöntemine dayalı simülasyonda, başlatma sırasında eşzamanlı iletim (tsr sinyali her zaman düşüktür), tam yükten hafif yüke ve hafif yükten tam yüke kadar yoktur.
Aşağıdaki şekilde daire 1 ve daire 2'yi kısmen büyütün:
Şekil 2-2-2 Tam yükten hafif yük mutasyonuna dönem yönteminin kısmi büyütülmüş görünümü
Şekil 2-2-3 Hafif yükten tam yük mutasyonuna kadar dönem yönteminin kısmen büyütülmüş bir görünümü
Simülasyon sonuçlarından periyodik yöntem, sürekli mod ve büyük dinamik yük altında senkron düzeltme kontrolü problemini çözebilir. Bununla birlikte, periyodik yöntemin de sınırlamaları vardır, senkron redresörün çalışma frekansının, değişken frekans modunda kullanılamayan veya optimum performans olmayan ana şalterin çalışma frekansına göre doğru bir şekilde ayarlanması gerekir.
Yöntem 2 Çıkış voltajında karışıklık yaratın
Periyot yönteminin sınırlamaları göz önüne alındığında, dinamik zamandaki volt-saniye dengesizliği sorununu çözmek için bir çıkış voltajı Uo ayarlamak zorunludur.
Aslında, daha basit bir devre formu buldum:
Şekil 2-3 Vout yöntemi devresi
Simülasyon sonuçları aşağıdaki gibidir:
Şekil 2-4 Vout yöntemi simülasyon dalga formu
Bu yöntemin devresi nispeten basittir ve dört yüksek hızlı karşılaştırıcı kullanılarak gerçekleştirilebilir Prensip, döngünün histerezisinden öğrenmek ve devreye karşılık gelen histerezis bağlantısını eklemektir.
Bu Vout yönteminin sınır testi sırasında, bunlardan biri bu Vout yönteminde alt harmonik salınımın gizli tehlikesi olan çeşitli sorunlar keşfedildi.
Birincil taraf akım örnekleme direnci R = 0.3 olarak ayarlandığında, devre normal çalışır ve dalga biçimi aşağıdaki gibidir:
Şekil 3-1 R = 0,3 normal dalga formu
Örnekleme direnci R = 0.1 olarak seçildiğinde alt harmonik salınım meydana gelir.
Şekil 3-2 R = 0.1 harmonik salınım dalga biçimi
Alt harmonik salınım ve akım modu (CCM, Don > 0.5) Geri dönüş biraz farklıdır Önceki döngüde, giriş enerjiyi çıkışa iletir ve çıkış bir sonraki döngüde enerjiyi girişe iletir (akım eğimi ikincil kaçak endüktans tarafından belirlenir) Diğer yönler benzerdir. Alt harmonik salınım meydana geldiğinde, çıkış voltajı ayarlanan 12V'den düşüktür.
Alt harmonik salınımı ortadan kaldırmak için, eğim telafisi ekleyebilir veya görev döngüsünü Don
