同步整流器的控制和分析巴克ZVS变换器在轻负荷状态

Nimmy约瑟夫
电气和电子工程助理教授,部门,Dayananda Sagar科技学院管理,印度班加罗尔

文摘

本文旨在提高直流-直流降压转换器的效率。它使同步整流器buck变换器实现零电压开关在轻载条件。输出整流二极管的替代MOSFET可以最小化传导损失和增加电路的效率。本文中介绍的控制技术使老巴克转换器实现ZVS轻载条件下提高效率。不需要额外的辅助开关或RLC被动元件。它是低成本和容易控制

关键字

巴克转换器、同步整流器ZVS,轻载条件。

介绍

巴克转换器已经应用于便携式产品的电池。buck变换器的效率应该增加延长便携式产品的操作和减少电池消耗。buck变换器的效率是影响传导损失。buck变换器的开关损耗必须减少在轻负荷状态。为了减少传导损失和SR技术用于提高效率。

在fig.1the同步整流器的基本电路图巴克转换器在轻负荷ZVS条件。本文提出了一种新的控制技术。它使老巴克转换器ZVS功能和提高效率在轻载条件而不需要额外的辅助开关或RLC被动组件。这种新的控制技术是低成本和容易控制。因为输出整流二极管取代了MOSFET,传导损耗会降低,整个电路的效率会更高。图1显示了SR buck变换器的电路拓扑结构[1]- [4]。

工作原理

电感电流的波形图和交换机时,老巴克转换器操作critical-conduction模式(CRM)图2所示。在CRM的平均电感电流IL SR巴克转换器可以用方程(1),在TS代表切换频率和D责任周期。

方程,老巴克转换器操作在不连续导电模式(DCM)如果输出电流的平均值低于ILCRM IO。然而,TS, Vin,签证官,L, D保持不变。操作在一个连续导电模式(CCM)如果输出电流的平均值高于ILCRM IO。根据上面的描述分析,方程(1)确定哪些模式转换器将在操作,是否DCM CCM。

在图2中。电感电流和电压的波形图显示开关。

两个假设进行简化分析如下:

1。输出电压被假定为一个恒压源,因为输出电容足够大

2。没有任何损失来自部分电路中。所有的组件都假定为理想。

在轻负荷的.Modes业务

状态1 (t0 ~ t1):

在这种状态下,主开关Q1,而老开关Q2。输入电流流经电感的时候发现负载。传导路径图3所示(一个)。Vin收取的电感L签证官,而电感电流线性iL (t)开始增加。电感电流方程

状态2 (t1 ~ t2)

在状态2,关闭主开关Q1,而Q2。图3所示的传导路径(b)。电感电流连续,流经Q2避免破损的电感电流。电感L被签证官,排放和电感电流iL开始直线下降。在这种状态下是电感电流方程

和寄生电容电压方程

状态3 (t2 ~ t3):

电感电流已经降至0 t2。SR开关Q2是关闭以避免buck变换器的能量损失。传导路径所示图3 (c)。在这种状态下,电感L开始寄生电容输出电容的谐振开关Q1和Q2,这使得Coss1出院,Coss2带电。伊尔(t)和vCoss1可以计算如下:

在哪里

状态4 (t3 ~ t4)

在国家4中,开关Q1保持关闭,而老开关Q2。图3所示的传导路径(d)。因此,感应电压是六世=签证官,这使得电感L被控告,电感电流增加线性相反的方向的。当前iL (t)在这个时间

寄生电容电压vCoss1开关Q1 (t)

国家5 (t4 ~ t5)

5是共振的时间状态。开关Q1和Q2 SR开关都是关机。图3所示的传导路径(e)。SR整流开关是关闭的,而电感电流必须是连续的。当前将放电Coss1和指控Coss2直到Coss1排放为0的电压和电压Coss2被指控从0到文。伊尔(t)和vCoss1 (t)开关Q1的计算如下:

国家6 (t5 ~ t6)

在国家6中,主开关Q1和SR开关Q2不断关闭。然而,Coss1已经出院了,出院了Coss2电感电流。然后进行体内二极管D1。图3所示的传导路径(f)。在这种状态下,Q1的零电压条件已经完成。伊尔(t)和vCoss1 (t)开关Q1的计算如下:

在图3(一)——(f)的六个操作状态的同步整流器巴克转换器控制技术提出了。根据前面的描述,老巴克转换器操作在DCM在轻负荷状态。当电感电流低于0,SR开关Q2有待打开。这将导致减量SR巴克转换器的转换效率。第二导电SR开关Q2在一个开关周期允许打开主开关Q1 ZVS和提高轻载条件下的效率。总之,本文提出的控制技术具有以下优势。当老巴克转换器在重负载条件下,SR技术可以用来降低传导损失。相比之下,ZVS技术可以采用轻载条件降低切换损失。

b . ZVS条件在轻负荷状态

实现主开关ZVS Q1在轻载条件下,电感L必须储存足够的能量让开关Q1的寄生电容完全放电状态4。因此,EL存储的能量感应器必须高于ECoss1存储在电容器。这可以用下面的方程(独立)的峰值电感电流):

状态4的脉冲持续时间可以计算方程

为了实现ZVS开关主要Q1,必须进行国家6中的开关Q1。如果第一季度没有,电感电流将收取再次Coss1正方向,因此主要的ZVS开关Q1可能会失败。状态5到6的延迟时间是主要的ZVS功能开关Q1的关键。最优延迟时间是1/4的共振周期。它是由以下方程:

仿真模型和结果

该电源转换器使用MATLAB模拟,这里给出的结果。

在视图。同步整流器的控制电路结构图显示了巴克转换器。MATLAB给出的电路模拟。

在图5中。和图6所示。的开环和闭环控制同步整流器巴克转换器。MATLAB的电路模拟。

在图7和图8 12 V的输入电压和输出电压开环控制。输出显示在MATLAB仿真软件。

fig.9脉冲中给出了主开关和fig.10脉冲给老切换显示。

在fig.11 fig.12的输入电流的闭环控制和输出电流的闭环控制电路。

示输出电压闭环控制我。e 5 v。输出显示在MATLAB仿真软件。

表我的所有组件的模型参数对仿真和硬件。开关频率是100千赫。在MATLAB仿真软件模拟了。

硬件实现

硬件实现的测试设置。单个模块进行了测试,然后整合。实验设置和各种波形如下所示。

在fig.14实验显示了原型硬件设置。一个二极管取代了MOSFET减少传导损失。

答:硬件结果:

同步整流器巴克转换器在轻负荷ZVS条件模拟建模和原型开发。

在15显示了硬件的输出电压5 v和fig.16主要提供开关的脉冲硬件。

图16和17显示了主开关和SR的脉冲开关。图18显示了在辅助开关零电压切换硬件。

结论

本文提出控制技术适用于老巴克转换器,并分析其工作原理进行了探讨。文中提出的控制方法有两个优点。首先,由于SR技术论文中提出,输出整流二极管的MOSFET可以更换。这将有助于减少传导损失和提高转换器的转换效率。第二,当转换器在轻载条件下,将实现ZVS成功没有任何辅助开关和无源元件(R、L、C)。换句话说,不需要添加额外的成本转换器,和转换器的转换效率也可以增加轻负荷状态。

承认

这项工作是支持的喀拉拉邦电气和联合工程有限公司

表乍一看

表1

数据乍一看


图1	图2	图3	图4	图5

图6	图7	图8	图9	图10

图11	图12	图13	图14	图15

图16	图17	图18

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