不对称半桥变换器的设计和实现了驱动程序

P.Aswini¹太太,K.S.Pavithra²

PG学生,电气和电子工程部门,斯里兰卡Venkateswara工程学院,印度钦奈
Asst.教授,电气和电子工程部门,斯里兰卡Venkateswara工程学院,印度钦奈

文摘

摘要提出了一种高可靠性和高效率为低功率发光二极管应用程序。交直流转换器是一种常见的低电压变换器拓扑方法的应用程序。的完美选择,这种方法是不对称半桥变换器效率高恒定开关频率操作和小输出滤波器。不对称半桥是一个完美的候选人SD-SR因为变压器没有死。另一个主要问题是其闭环控制器并不是非常快,它还将取消之前显示低频脉动。一种技术用于减少输出电压纹波是前馈技术。该方法是平均电流模式控制技术使低频纹波的输出电压。还一个相关的问题,克服了AHB提出技术。获得的结果与60 w拓扑AHB效率94%。索引词——交直流转换器,不对称半桥(AHB)、自励的同步整流(SD-SR)领导的司机

索引词

交直流转换器,不对称半桥(AHB)、自励的同步整流(SD-SR)领导的司机

介绍

电气照明是我们生活的一个重要组成部分,和能源消耗是一个主要组成部分。照明设备的类型通常采用电气照明白炽灯、气体放电灯泡和固态照明设备。有各种调光技术引入不同类型的照明设备。白炽灯的调光通常是由控制晶闸管的发射角。气体放电灯泡,调光技术围绕着控制电压水平,工作周期和频率。固态照明设备,调光技术是不同的直流水平正向电流[1]。

由于led的效率高,它是世界上越来越有吸引力,特别是对于工业应用。领导的高效系统需要高效电源LED [3]。led是很有吸引力的照明源由于其优良的特性。许多类型的功率切换转换器用于适应初级能源需求[5]。HB led被广泛接受,因为优越的寿命,低需求和提高亮度。导致负载,一个小驱动电压的变化会导致大型LED电流的变化。LED电流与大型连锁将导致严重影响可靠性和寿命[6]。

最近取得的巨大进展在led固态照明技术是现在接近发光性能水平。led是无汞的回收和处理,可以安全的生活。发光二极管被越来越多地应用在不同的照明;一个高效的驱动程序与优化控制电路的必要性变得越来越重要。由于led电流驱动设备的光生产和注入的空穴和电子的复合半导体结,发光二极管的发光强度通常是控制通过控制只在一个方向,正向电流驱动led的另一个方法是使用一个恒定的直流[8]。

摘要AHB是专为低电压高电流应用。本文还处理平均电流模式控制。平均电流模式控制通常是两个循环控制方法内部电流环和电压外环。ACMC是一个电流控制技术,有一个几乎恒定的频率和产生一个用户定义的电流波形。

AHB

非对称半桥转换器引起关注由于其简单性和内在的零电压切换功能。这个转换器有几个优点MOSFET电压和电流应力低,输出电容和电感小,最小组件计数和简单的控制。AHB的电路原理图,图1所示。它由互补的HB转换器的开关控制信号[14]。这种互补的驱动信号意味着输入电容的电压不一定是相等的

VC1和趋势的电压输入电容C1和C2, D是责任周期和Vg AHB的输入电压。

关于AHB第二个重要方面是场效应管和二极管的开关损失。场效应管的开关损失可以减少使用的技术,让他们达到问世至今开关(ZVS)。ZVS非常难以实现AHB因为存储在漏电感的能量还不够高。提出了非对称转换器控制实现ZVS halfbridge开关操作。两个驱动信号是配套生成和分别应用于高端和下部开关。两个HB开关可以打开ZVS的条件下,将变压器一次电流的指控和结电容放电。然而,不对称的应力分布对应的组件可能发生由于工作周期不对称分布的两个主要开关。换句话说,电压和电流压力开关包括一次侧和二次侧mosfet是不相同的。因此,二极管或同步整流器与惩罚的需要更高的额定电压降低整流器的性能和效率。

的二次侧AHB自驱动同步整流。自励的传动方案是最简单的同步整流驱动方案。自励的技术,使用的变压器二次电压驱动同步整流器的大门是图4所示。独立的二次侧绕组变压器可用于驱动同步整流器和随心所欲的同步整流器。这样做通常是为了让不同的比率从主绕组转向门驱动线圈,允许同步整流用于更高或更低的输出电压。同步整流电路,模拟一个二极管,允许电流在一个方向通过但不与连接相关联的其他没有损失或肖特基设备。电路由一个通道元件功率MOSFET(通常),元素,读出信号调节器和司机。有两个广泛的技术来实现同步整流的功能。第一个获得同步信号从主控制器。但这种方法常常需要控制信号交叉电屏障,它可以是昂贵的,消耗大板区域,并限制转换器的频率上限。

第二种方法得出的控制信号由感应电条件通过独立元素。在关闭状态,感觉元素检测极性的电压通过元素。信号调节器放大信号和决定感觉到电压的极性。当外加电压极性正确的传导,信号调整器打开驱动程序,它提供了必要的操作信号通过元素。SR提高效率、热性能、功率密度、工艺性、可靠性,降低了整个系统的电源系统的成本。这两个场效应管必须以互补的方式与一个小死时间之间的传导间隔,以避免射穿。同步场效应晶体管工作在第三象限,因为当前流从源到排水[16]。

使用老的优点在高性能、大功率的转换器包括更好的效率,更低的功耗,更好的热性能,低调,提高质量,提高了生产产量虽然自动化装配过程(高可靠性),和固有的最优电流共享时同步场效应晶体管是平行的。如上所述,许多场效电晶体可以平行处理更高的输出电流。自驱动同步整流是最简单的一个mosfet的驱动信号同步整流变压器的二次绕组。因此,不需要额外的控制器并没有编程的延误将会出现的问题。然而,《战略防务与安全审查》是更可取的方法的峰值电压不改变二次绕组输出电压时修改。如果不改变二次绕组的电压与输出电压变化,驱动电路可以很容易地设计为了保证SR mosfet的驱动信号是可接受的电压范围内。

低压大电流应用程序同步整流是强制性的为了达到效率高。SD-SR是简单的SR mosfet的驱动信号得到的二次绕组变压器。

平均电流模式控制技术

平均电流模式控制与峰值电流模式控制的不同之处在于,它试图控制电流的平均值遵循一个参考与峰值电流控制开关。平均电流模式控制(ACMC)通常是一个两个循环控制方法(内循环,电流;外循环,电压)电力电子转换器。ACMC的优势包括大的噪声容限,没有要求额外的斜率补偿,容易限流实现中,优秀的电压和电流调节,简单的薪酬,良好的行为在两个连续和电感电流断续模式,和固有的Vin和输出电压前馈的属性。ACMC是一个电流控制技术,有一个几乎恒定的频率和产生一个用户定义的电流波形。它有一个快速响应时间和能够支持广泛的电源电路拓扑。

ACMC是基于补偿的补偿器电路集成滤波器传递函数的极点。广泛的权力转换应用程序使用当前的控制技术。这种技术控制峰值电感电流调节变频器的输出。与相对较高的输出电流转换器(5 - 25),降低currentsense电阻的值电流型控制(CMC)技术有助于提高效率。在本文中,CMC意味着频峰值电流敏感。

设计过程

在本节中,提出了一种设计过程使用图1作为参考。一个中心抽头变压器用于整流阶段。交直流转换器和一个60 w / 12 v输出已经被选择作为一个设计的例子。AHB平均电流模式控制了低电压、高电流与相应的效率高。

设计规范如下:

表我

组件和参数值

AHB是给定的输入功率:

电源转换效率必须估计计算的最大输入功率与给定的最大输出功率。给出效率为:

确定变压器匝比和相应的输出电压

通过选择开关周期的占空比损失10%,获得了漏电感:

输出纹波电感是由选择当前连锁20%

磁化电感值ZVS条件密切相关,因为它决定了峰值电流切换过渡期间的水平。

发现输出滤波电容器的值:

理论上的最大电容电压输入电压的一半。然而,它可以达到输入电压转换器并不是操作如果mosfet的泄漏电流不平衡。因此,电压等级应高于最大输入电压。

仿真结果

MATLAB仿真软件广泛应用于行业模型,模拟不同的电气和电子设备。本文仿真的部分是由SimPowerSystem和Simulink软件包的帮助下完成的。它提供了一个强大的编程语言,优秀的图形,和广泛的专业知识。MATLAB是公布的,商标的数学工作,公司重点在MATLAB计算,不是数学:符号表达式和操作是不可能的(除非通过可选的象征性的工具箱,一个聪明的接口来枫)。所有的结果不仅数值不准确,由于计算机算法固有的舍入误差。数值计算的限制可以被视为一个缺点,但它是一个力量的源泉:MATLAB更喜欢枫,数学等数字时。另一方面,相对于其他数值的语言(如c++和FORTAN、MATLAB更容易使用,有一个巨大的标准库。这里的不利的比较是执行速度的差距。这种差距并不总是一样引人注目的流行它通常可以缩小或关闭好MATLAB编程。此外,你可以联系其他编码MATLAB,反之亦然,MATLAB现在可选支持并行计算。 Still, MATLAB is usually not the tool of choice for maximum-performance computing. The MATLAB niche is numerical computation on workstations for non-experts in computation. This is a huge niche one way to tell is to look at the number of MATLAB-related books on mathworks.com. Even for supercomputer users, MATLAB can be a valuable environment in which to explore and fine-tune algorithms before more laborious coding in another language. Most successful computing languages and environments acquire a distinctive character or culture.

开环不对称半桥变换器仿真图所示。它的主要特点是主开关与互补信号驱动,因此,其中一个总是打开。的伏秒平衡磁化电感必须维护这些互补的驱动信号暗示输入电容的电压不一定是相等的。在这个模拟图,自我driven-synchronous精馏是用于二次侧。

上述模拟图显示为拟议中的平均电流模式控制方法使两个闭环电路的电压和电流。平均电流模式控制与峰值电流模式控制的不同之处在于,它试图控制电流的平均值遵循一个参考与峰值电流控制开关。平均电流模式控制具有更好的噪声免疫力与峰值电流控制。这是由于更高的电流放大器增益采用平均电流控制器。

表二世

开环电路的性能比传统的闭环。输出波纹在传统闭环大幅减少。模拟该电路完成对各种输入电压。输出电压维持在一个恒定值的12 v 425 v - 450 v的输入电压范围。提出了电路模拟不同的电压。

结论

在这个论文中,AHB领导司机的车载交直流转换器拓扑及其控制技术研究探索关注两个主要aspectsthe效率和输出的低频脉动电压,这是两个关键要求车载交直流转换器。要点概括为如下。这项工作主要集中在半桥由于其受欢迎程度,简单和适应性lowvoltage大电流应用。首先,半只需要两个场效应管,这是只有一半的数量用于全桥拓扑结构。这对于实际应用有助于降低成本。led灯缓慢加载,可以设计一个前馈回路优化取消这种低频脉动,而闭环控制保证稳定性和输出电压调节由于led的特点的变化,这是由他们的准备活动。这AHB给效率94.5%。低电压高电流应用这给12 5 v电压和电流对应的输入电压。

引用

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