أخبار التكنولوجيا

أصبحت حلول PFC أصغر مع DCM


توفر تقنيات وضع التوصيل المتقطع المتغير التردد (DCM) المستخدمة في عائلة HiperPFS-5 لمحول تصحيح معامل القدرة (PFC) من تكامل الطاقة عددًا من الفوائد المهمة في تقليل حجم حلول PFC الفعالة. تعد HiperPFS-5 ICs أيضًا أول استخدام لمفاتيح الطاقة PowiGaN لتقليل خسائر التوصيل ، جنبًا إلى جنب مع تبديل الوادي ، مما يوفر كفاءة PFC أكبر من 98 ٪ عند 240 واط.

تستخدم دارات DCM PFC التقليدية خوارزمية تحكم بالتردد الثابت لتوفير PFC حيث يتم استخدام التحكم في الوقت المحدد لتنظيم الإخراج. يختلف نهج DCM المستخدم في HiperPFS-5 ICs في تردد التبديل مع جهد الدخل والحمل ، وكذلك عبر كل دورة تبديل. تم تحسين الخوارزمية لتصبح الوضع الحرج (CrM) عند أدنى جهد دخل وحمل كامل ، وتتحول بشكل مطرد إلى انقطاع مستمر مع زيادة الجهد (و / أو انخفاض الحمل).

كيف يعمل تحكم DCM متغير التردد على تعزيز التيار أنا(ر) لضمان تحقيق عامل القدرة الجيد (PF)؟

يوضح الرسم البياني في الشكل 1 العلاقة بين المدخلات والمخرجات في DCM.

تطبيقات قياس البطارية

06.15.2023

هل أصبح التصوير الحراري سائدًا؟

06.15.2023

USB PD 3.1 EPR القوى محرك 24V DC موتور

06.12.2023

تستخدم دورة العمل لتحديد تيار الإدخال في DCM.
الشكل 1: دورة التشغيل المستخدمة لتحديد تيار الإدخال في DCM

يمكن وصف دورة العمل (في DCM) على النحو التالي:

استخدام تحكم DCM متغير التردد لتقليل حجم حلول PFC الفعالة

استخدام دdcm(ر) من المعادلة 2 في المعادلة 1 ، نحصل على:

المعادلة 3.

إذا افترضنا أن المدخلات جيبية ، فيمكننا التعويض أنافي(جذر متوسط ​​التربيع) ل أنا(ر) لإنشاء تعبير لتيار الإدخال:

المعادلة 4.

إذا تأكدنا من ذلك د0 يظل ثابتًا خلال دورة التبديل ، ثم سيتتبع التيار الجهد وستكون PF وحدة. لتحديد د0:

من أجل الكفاءة ƞ:

المعادلة 5.

إعادة الترتيب:

استخدام تحكم DCM متغير التردد لتقليل حجم حلول PFC الفعالة

باستخدام قيمة دورة العمل هذه في المعادلة 2:

استخدام تحكم DCM متغير التردد لتقليل حجم حلول PFC الفعالة

لدينا تعبير يربط دورة العمل بالتردد والحمل والجهد اللحظي للإدخال. من خلال رسم بياني لهذه الوظيفة لتوفير مقارنة بين تردد التبديل مقابل جهد الدخل عبر نصف دورة تيار متردد (حمولة كاملة) ، نرى ملف تعريف تردد فريدًا (الشكل 2).

تبديل التردد عبر نصف دورة التيار المتردد.
الشكل 2: تبديل التردد عبر نصف دورة تيار متردد ، 220 واط (حمولة كاملة) ، Lيعزز = 140 ميكرومتر

يمكن إنشاء مجموعة مماثلة من المنحنيات عن طريق تتبع الحمل عبر دورة (VAC ثابت – في الشكل 3 ، نفترض 115 VAC). شكل هذه الموجات على الكفاءة عبر الحمل مهم. لديهم أيضًا آثار على حجم محث التعزيز و EMI.

تبديل التردد مقابل الحمل للتيار المتردد الثابت عبر نصف دورة واحدة.
الشكل 3: تبديل التردد مقابل الحمل للتيار المتردد الثابت عبر نصف دورة واحدة ، 115 فولت تيار متردد و L.يعزز = 140 ميكرومتر

يُظهر قياس أشكال الموجة الفعلية مقارنة بهذه المتطلبات النظرية كما تم تنفيذها في HiperPFS-5 تطابقًا جيدًا في الشكل الحالي (الشكل 4).

التيار النظري (أزرق) مقارنة بالتيار المقاس (الأحمر) لتصميم HiperPFS لتعزيز PFC.
الشكل 4: التيار النظري (أزرق) مقارنة بالتيار المقاس (الأحمر) لتصميم HiperPFS لتعزيز PFC ، 230 فولت تيار متردد وحمل 110 واط. لاحظ شكل الموجة لتردد التبديل النظري (يظهر على اليمين باللون الأزرق).

ينتج عن هذا PF أكبر من 0.96 من حمولة 20٪ إلى حمولة كاملة.

صيغة واحدة للحكم عليهم جميعا

التقليل من حث التعزيز

يتم وصف محاثة التعزيز المطلوبة لتشغيل CrM و DCM من خلال:

استخدام تحكم DCM متغير التردد لتقليل حجم حلول PFC الفعالة

يتم حساب الحد الأدنى المطلوب لمحاثة التعزيز عند الخامسINMIN (90 فولت تيار متردد في التطبيقات النموذجية) والحمل الكامل باستخدام المعادلة 5.

إن دور تبديل التردد في تقليل محاثة التعزيز مفهوم جيدًا. في دوائر PFC العملية ، يجب أن يعمل تردد التبديل بين حوالي 20 كيلوهرتز و 140 كيلوهرتز. يحد نطاق التردد هذا من خسائر التبديل ، ويتجنب مشكلات EMI حيث يقترب تردد التبديل من EN55015 ديسيبل-ميكرو فولت في حدود 150 كيلو هرتز ويقلل الضوضاء المسموعة (الأكثر انتشارًا أقل من 20 كيلو هرتز). تعمل دوائر CrM عند أدنى تردد عند أدنى جهد خط (الشكل 5). هذا هو المكان الذي نحد فيه من الحد الأقصى لتردد التبديل في تصميم عملي.

طيف التردد لـ CrM عبر دورة تبديل واحدة.
الشكل 5: طيف التردد لـ CrM عبر دورة تبديل واحدة

في الشكل 2 ، نرى أن خاصية 90-VAC (التتبع الأسود) لنهج DCM متغير التردد تكون بأقصى قيمة في ذروة موجة الإدخال (عندما يكون تيار الإدخال أعلى). هذا يعني أن نهج DCM سيخلق حلاً بأقل حد أدنى بكثير من الحث. في مقارنة تصميم عملية ، نرى انخفاضًا بمقدار ثلاثة أضعاف في المحاثة المطلوبة:

  • تم حساب محاثة التعزيز HiperPFS-5 عند Fس ينتج عن = 80 كيلو هرتز تحريض دفع 150 ميكرومتر.
  • الوضع الحرج PFC محسوب عند Fس ينتج عن ~ 20 كيلو هرتز كحد أدنى (عند π / 2) تحريض دفع 450 μH.

تقليل EMI

يوصف تبديل التردد المتغير في الشكل 2 (والذي يظهر أيضًا في CrM في الشكل 4) على أنه تبديل طيف الانتشار. من خلال التغيير المستمر في تردد التبديل عبر كل دورة خط ، تنتشر EMI عبر حزم تردد متعددة ، مما يقلل من فترات الذروة ويجعل من السهل تلبية المعيار.

كفاءة عالية عبر الحمل

في الشكل 3 ، نرى أن التردد ينخفض ​​مع انخفاض الحمل. انزلاق التردد هو المصطلح المستخدم لوصف هذه الميزة ويقلل من فقدان التبديل مع انخفاض الحمل (بطريقة مماثلة لدوائر التحكم في التشغيل والإيقاف) ، مما يضمن بقاء الكفاءة عالية عبر نطاق الحمل. هذا مهم للأجهزة والتطبيقات الصناعية والمعدات التي تحكمها معايير PC 80 Plus ، حيث يتم قياس الكفاءة عبر نطاق الحمل. في تطبيقات USB PD و USB 3.1 عالية الطاقة وسريعة الشحن ، تراعي متطلبات كفاءة المحول أيضًا الأداء عبر نطاق التحميل. يوضح الشكل 6 أداء دائرة HiperPFS-5 (جزء من التصميم المرجعي PI DER ‑ 672) فيما يتعلق بالكفاءة عبر الحمل.

تعزيز كفاءة PFC عبر الحمل.
الشكل 6: تعزيز كفاءة PFC عبر الحمل ، تصميم الإطار المفتوح 225 واط

يضمن التحكم في DCM ذو التردد المتغير المستخدم في عائلة محولات الطاقة HiperPFS-5 كفاءة عالية وأقل حجم محث محفز. يضمن استخدام PowiGaN لمفتاح التعزيز ، جنبًا إلى جنب مع تبديل الوادي (موضوع لمقال آخر) ، أن توفر العائلة كفاءة أكبر من 98٪ عند حمل 250 واط – أعلى بكثير مما يمكن توقعه من تصميم DCM PFC التقليدي.

لمزيد من المعلومات حول عائلة HiperPFS-5 من الدوائر المتكاملة لتحويل الطاقة ، قم بزيارة موقع ويب Power Integrations.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *