国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程
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Rekhapadman光伏1和Ms.S.Subha2
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本文提出一种方法与可编程嵌入式基于反激变换器开关频率优化效率。回程转换器广泛用于数字系统实现稳压直流供电。通常开关损失和成本高在现有的系统中。这里我们提出开发基于嵌入式的回程转换器与可编程开关频率以优化效率。硅谷转换所使用的技术是传感的谷点开关电压和零电压开关技术。零电压开关技术是使用本降低切换损失。
介绍 |
| 对电力供应的要求电信和计算机服务器应用程序的推进和信息技术的进步。权力——系统设计为这些应用程序等问题长期以来一直是由效率、热管理、电压调节、可靠性、功率密度、和成本。展望未来,这些因素仍将是至关重要的。 |
| 一个典型故障的电力使用和能耗数据中心设备,可以观察到电脑服务器能耗总量的一半以上。不幸的是,当数据中心在世界各地蓬勃发展,数据中心电源输出效率3是只有大约50%。 |
| 反激变换器最常用的smp低输出功率应用电路的输出电压需要孤立从输入主要供应。回程smp型电路的输出功率可能会有所不同从几瓦到不到100瓦。这个转换器的整体电路拓扑结构比其他smp相当简单的电路。输入电路通常是不受监管的直流电压整流该实用程序获得的交流电压紧随其后的是一个简单的电容滤波器。 |
| 电路可以提供单个或多个隔离输出电压,可以大范围的输入电压变化。在节能方面,回程的电力供应是不如其他许多smp电路但其拓扑结构简单,成本低廉,使其在低输出功率范围流行。 |
传统的回程直流-直流转换器 |
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| 回程转换器广泛用于数字系统实现稳压直流供电。 |
| 等回程的转换器通常直流供电转换为使用电源开关切换直流像MOSFET和IGBT高频开关直流耦合加载通过高频变压器和整流器。所以开关将有大的功率损耗。 |
| 被动夹飞回模式断开电压高。它是引起的寄生振荡变压器漏电感和开关电容。主开关是传统上需要使用RCD箝位限制开关电压偏移。 |
| 不幸的是,在这个方案中存储的能量变压器漏夹电阻器消散,导致困难设计夹紧动作和钳位电路功耗之间的权衡。 |
| 另一种方法是更换与同步整流二极管,从而减少的主要传导损失相对较低的输出电压的应用程序。然而,这些修改来增加成本。 |
限制 |
| 该系统的缺点是转换损失高,成本高,效率低。高关掉电压和困难设计夹紧动作和钳位电路功耗之间的权衡。 |
反激电源转换器的工作原理 |
| 用于反激式变换器AC / DC和DC / DC转换电隔离输入和输出。更准确地说,飞回转换器是buck-boost变换器电感分裂形成一个变压器,所以电压比率乘以一个额外的隔离的优势。例如等离子灯或开车时电压倍增器buck-boost变换器的整流二极管是排除和设备被称为逆程变换。 |
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| 当开关关闭,主变压器是直接连接到输入电压源。变压器的初级电流和磁通增加,储存能量的变压器。二次绕组的感应电压是负的,所以二极管反向偏置输出电容器供应能量输出负载。 |
| 当开关打开时,一次电流和磁通滴。二次电压为正,forward-biasing二极管,允许电流从变压器。从变压器铁心能量充电电容器和供给负载。 |
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功率损耗建模 |
| 详细的损失模型是必要的为了每个表单的效率优化设计和控制器参数。损失 |
| 传导损失:传导损失是仿照的近似转换波形理想开关变换器模型。 |
| b .切换损失交换节点电容:在每个开关周期结束时,能量存储在非线性转换节点电容开关打开时消散。 |
| c开关损耗由于漏电感:变压器绕组的漏电感是分析模型可以计算结构和开关损耗。 |
| d变压器间接损失和核心损失:磁动力(MMF)分布在每个变压器绕组层在时间域和傅里叶级数分解成正弦谐波分析。然后计算功率损耗密度对于每个谐波,谐波和功率损耗密度都是总结找到每一层的间接损失。核心损失计算使用改进的广义斯坦梅茨方程。 |
提出了效率优化逆程转换器 |
| 在这个提议系统新概念的山谷中采用开关ZVS可以感应的谷点提供的开关电压。 |
| MOSFET开关关闭时,会有之间的切换电压由于共振振荡变压器的磁化电感和电容缓冲器。 |
| 较低的大多数的这些振荡称为谷点和在这个谷点门脉冲高到打开MOSFET在接下来的周期。 |
| 这也有助于在零电压切换。这种技术被称为谷切换。由于零电压开关功率损耗将大大降低系统的效率会得到改善。 |
| 微控制器是用来使用ZCD谷点和生成PWM脉冲对MOSFET开关。输入和输出电压和输入和输出电流是感觉和美联储ADC单片机的计算效率。 |
| MATLAB模拟器用于模拟结果。 |
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| 效率优化数控回扫直流-直流转换器在宽范围的操作条件。特点是效率和优化基于功率损耗建模和多变量非线性约束优化功率级和控制器参数。一个山谷切换技术是采用减少MOSFET在不连续导电模式下开机开关损耗。制定一个优化过程是在一系列的功率损耗最小化加权操作点,在成本约束。查找表格数字控制器应用于实现在线编程效率优化的开关频率和操作模式基于效率优化过程。提出了在线效率优化方法是实验结果验证了低成本65 W的回程直流-直流原型。 |
软件实现了回程变换器的拓扑结构 |
| 输入电路可能是不受监管的直流电压来源于实用交流整流和滤波后供给。脉动的直流电压波形通常是低频率和整体脉动电压波形重复在交流电源频率的两倍。自从smp电路操作在更高频率的范围(在100 kHz)输入电压,尽管不受控制,可能被认为在任何一个常数级高频周期。快速切换装置(“S”),就像一个MOSFET,是用于快速动态控制开关占空比(按时开关周期(比)来维持所需的输出电压。 |
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| 使用电压和电流传感电路的电压和电流。 |
| 用于反激式变换器AC / DC和DC / DC转换电隔离输入和输出电压钳位电生理学家使用的离子电流穿过膜兴奋性细胞,如神经细胞,同时细胞膜电压在一组水平。电生理学是研究生物细胞和组织的电特性的电压钳位二极管用于电压限制和随心所欲的二极管用于防止在这个电路反向电流的流动。 |
| 快速切换装置,像一个MOSFET,是用于快速动态控制开关占空比(按时开关timeperiod比)来维持所需的输出电压。变压器是一个传输电能的电源转换器通过电感耦合导体——从一个电路向另一个变压器的线圈变压器用于电压隔离以及输入和输出电压和电流之间的更好的匹配要求。二次绕组电压整流和过滤使用只是一个二极管和电容器。这种滤波电容器电压输出电压。 |
| 回程二极管是一个二极管用于消除逆程,突然电压峰值出现在电感负载时的电源电压突然降低或删除。整流器是一种电气设备,将交流电(AC),并定期改变方向,直流电(DC),只在一个方向流动的过零检测器作为一个群体不是一个容易理解的应用程序,虽然它们是必不可少的元素在一个广泛的产品在仿真、输出连接到R-Load透过范围。 |
回程转换器的效率优化 |
| 效率优化数控回扫直流-直流转换器在宽范围的操作条件。特点是效率和优化基于功率损耗建模和多变量非线性约束优化功率级和控制器参数。一个山谷切换技术是采用减少MOSFET在不连续导电模式下开机开关损耗。制定一个优化过程是在一系列的功率损耗最小化加权操作点,在成本约束。查找表格数字控制器应用于实现在线编程效率优化的开关频率和操作模式基于效率优化过程。提出了在线效率优化方法是实验结果验证了低成本65 W的回程直流-直流原型。 |
| 回程转换器设计需要许多权衡和迭代与大量的设计变量。优化过程的第一步是确定的外部规范转换器(例如,范围的操作条件,Vg,我和Iout, j)和组件范围作为约束条件的优化。核心,核心材料,输出电容,和输出二极管被定义为约束的优化,和保持一样的功率级原型用于损失模型。其他约束定义为选择变压器、电线的磁化电感,钳位电压Vclamp缓冲器。圆线用于变压器绕组和一个窗口面积都是这样铜损失由于直流电阻最小。]。核心的磁化电感决定使用不饱和 |
| LM智商,< N1BmaxAC峰值 |
| 其中N1是匝数在主面,Bmax最大通量密度,和AC的横截面积是核心。最大程度的钳位电压Vclamp选择额定电压的基础上选定的MOSFET漏电感的损失降到最低。优化过程中使用的交叉变压器,因为漏电感相比,可以显著减少noninterleaved变压器.Furthermore,假定控制器采用谷切换所有DCM操作点。 |
效率优化了 |
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MOSFET的效率优化 |
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| 输入和输出电压测量的电压测量块。脉冲发生器是用来触发mosfet和mosfet脉冲测量的电压测量块。当前是衡量当前测量变压器的一次侧块。输入电压和电流的乘积的块划分和产品输出电压和电流分配的块。然后输入和输出功率比使用划分块。最后,计算效率。 |
| 在这个系统的切换损失,减少。低成本比现有系统。效率高。关掉电压降低。这些是用于低功耗开关型电源,功率转换的应用程序。在这种系统闭环控制可以采用传感微控制器的负载电压和美联储ADC。然后负载电压可以与一组值相比,误差信号可以用来修改电源开关的负载比使用pid /模糊逻辑来实现所需的负载电压 |
结论 |
| 效率优化的方法对数控回扫直流-直流转换器。效率和优化的特征是在宽范围的操作条件基于详细的功率损耗模型和多变量非线性约束优化。提出了效率优化方法可以分为两个过程,设计参数优化和控制器参数优化,使功率级设计和控制器设计的同时,在低成本的约束。最优控制器参数编程查找表中,这意味着相同的控制器可以应用到不同的阶段。与其他在线效率优化技术相比,这种方法更简单,更容易受到干扰在转换器操作。不良的跳频机制,通常在山谷切换控制方案,解决了存储最优谷切换点的查找表和利用滞后乐队查找表的界限。gain-scheduled补偿器设计基于小信号建模和分析,和一个简单的扩展,称为控制,提出了改善大信号瞬态响应。 |
引用 |
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