تطوير المعدل المتزامن لمحولات Flyback الجديدة

طوبولوجيا Flyback سيطرت على تطبيقات التيار المتردد / التيار المستمر منخفضة الطاقة لعقود بسبب بساطتها وقوتها عبر نطاق تشغيل واسع. في السنوات الأخيرة ، حلت المقومات المتزامنة (SRs) محل الصمام الثنائي التقليدي Schottky في مصادر الطاقة القائمة على flyback لتحسين الكفاءة بشكل كبير.

مع زيادة الطلب على الكفاءة وكثافة الطاقة سنويًا ، يجب أن تستمر محولات flyback في التطور من طبولوجيا flyback التقليدية. تم تنفيذ العديد من المتغيرات بنجاح في تطبيقات التيار المتردد / التيار المستمر ، مثل flyback بتبديل الجهد الصفري (ZVS) ، و flyback النشط المشبك (ACF) ، و flyback الهجين ، مما يحقق ZVS مع تقليل فقد التبديل أيضًا. هذا يحسن الكفاءة ويزيد من تردد التبديل ، وهو أمر مهم للتصاميم عالية الكثافة للطاقة.

ومع ذلك ، فإن مبادئ التشغيل المختلفة في متغيرات flyback الناشئة هذه تجلب تحديات جديدة للتحكم في SR. على وجه الخصوص ، يتم تشغيل المعدل المتزامن عادةً مرتين في دورة تبديل واحدة بسبب نبضة التبديل الإضافية التي تحقق تبديل الجهد الصفري. يمكن أن تؤدي دورة التشغيل الثانية للمقوم المتزامن إلى إطلاق النار من خلال العديد من وحدات تحكم SR الحالية. تقترح هذه المقالة حلاً لمعالجة مخاطر التصوير الحرج في تصميم متغيرات flyback الجديدة مع التصحيح المتزامن.

أنواع طبولوجيا Flyback المتغيرة مع ZVS

بشكل عام ، يتم تحقيق تبديل الجهد الصفري في محولات flyback عن طريق تحيز الحث الممغنط في القطبية السالبة. يسمح هذا لتيار المحرِّض بسحب الجهد إلى الصفر قبل تشغيل المفتاح الأساسي. يوضح الشكل 1 طوبولوجيا ZVS flyback المستندة إلى اللف المساعدة ، و ZVS flyback القياسي المتاح حاليًا.

يوضح الشكل 2 أشكال موجة التشغيل النموذجية لوحدة التحكم في الارتداد ZVS.

بالإضافة إلى MOSFET الأساسي (Q_ص) و SR MOSFET (Q_س) ، هناك MOSFET مساعد (Q_أ) يدعم تطبيق ZVS. قبل Q_ص يتم تشغيله في كل دورة تبديل ، Q_أ يتم تشغيله أولاً لفترة وجيزة لتحيز الحث الممغنط إلى القطبية السالبة من خلال الملف المساعد للمحول. هذه العملية تسحب Q_ص جهد الصرف إلى المصدر (V_{DS_QP}) إلى 0V قبل Q_ص يتم تشغيله ويتم تحقيق تبديل الجهد الصفري.

س_أ يتم وضعها عادةً على الأرض الأولية مع Q_ص؛ وهكذا س_أ و س_ص يتم التحكم فيها بواسطة وحدة التحكم flyback الأساسية لتحقيق التزامن الدقيق. يتم وضع وحدة التحكم SR على أرض الجانب الثانوي وتحدد توقيت التشغيل بناءً على قطبية Q فقط_س جهد الصرف إلى المصدر (V_{DS_QS}). عندما س_ص ينطفئ ، يتم إجبار التيار الممغنط على الجانب الثانوي ، و Q_س يجب أن يتم تشغيله بمجرد تشغيل V._{DS_QS} تصبح سلبية لتوصيل الطاقة إلى المخرجات بكفاءة. عندما س_أ يتحول ، V._{DS_QS} يصبح أيضًا سالبًا لأن الملف المساعد والملف الثانوي للمحول يشتركان في نفس القطبية.

نتيجة لذلك ، قد يكون من الصعب على وحدة التحكم SR التمييز بين Q_ص ايقاف و س_أ تشغيل بدون مسار اتصال لوحدة التحكم الأساسية. قد يؤدي هذا إلى حدث تشغيل ثانٍ لمعظم وحدات تحكم SR الحالية. منذ Q_أ في الوقت المحدد يميل إلى أن يكون قصيرًا جدًا وسؤال_ص يتحول مباشرة بعد Q_أ، تستمر وحدة التحكم SR في العمل أثناء وضع الحد الأدنى في الوقت المحدد ولا يمكن إيقاف تشغيلها على الفور. في هذا السيناريو ، قد يحدث تبادل إطلاق النار بين الجانبين الأساسي والثانوي ، مما يطرح مشكلات تتعلق بالموثوقية لمحول الطاقة.

يوضح الشكل 3 طوبولوجيا ACF في وضع التشغيل غير التكميلي ، والذي يستخدم وضع التوصيل المتقطع (DCM) لتحسين كفاءة الحمل الخفيف مقارنة بالوضع التكميلي.

يوضح الشكل 4 أشكال موجة التشغيل النموذجية لطوبولوجيا ACF. في هذا الهيكل ، يتم تحقيق تبديل الجهد الصفري عن طريق تشغيل MOSFET (Q_ج) للمرة الثانية قبل تشغيل Q_ص. يؤدي هذا أيضًا إلى بوابة SR ثانية مع خطر محتمل لإطلاق النار.

يوضح الشكل 5 طوبولوجيا flyback الهجينة في DCM. تستخدم طوبولوجيا flyback الهجين مكثف طنين لإخراج طاقة إضافية من خلال المحول وتحقق ZVS لكل من MOSFET (Q) عالي الجانب._ح) و MOSFET منخفض الجانب (Q_إل). ومن ثم ، فإن طوبولوجيا flyback الهجينة أكثر ملاءمة لتطبيقات الطاقة الأعلى من تلك التقليدية.

يوضح الشكل 6 أشكال موجة التشغيل النموذجية لطوبولوجيا الارتداد الهجين. تحت DCM ، Q_ح يحقق ZVS عن طريق تشغيل Q_إل لفترة قصيرة. نتيجة لذلك ، يمكن أن تواجه أيضًا طوبولوجيا flyback الهجينة بوابة SR ثانية وإطلاق النار من خلال.

تحكم SR موثوق بهيكلية ZVS Flyback

كما تمت مناقشته في القسم السابق ، تحدد معظم وحدات التحكم في SR الحالية توقيت التشغيل والإيقاف عن طريق مقارنة جهد الصرف إلى المصدر بعتبة جهد معينة. يؤدي هذا إلى احتمال تشغيل المعدل المتزامن مرتين في كل دورة تبديل ، مما قد يتعارض مع الحد الأدنى من منطق الوقت ويزيد من مخاطر إطلاق النار. مطلوب مخطط تحكم مقوم متزامن متقدم للتمييز بين حدوث التشغيل الأول والثاني في كل دورة تبديل ومنع إطلاق النار من خلال أي ظروف تشغيل.

MP6951 هي أحدث وحدة تحكم SR من MPS تستخدم مخطط تحكم ذكي للتمييز بين أحداث التشغيل وإدارة مخاطر تبادل إطلاق النار. بالإضافة إلى مراقبة القطبية المتغيرة لجهد مصدر التصريف ، يراقب MP6951 سعة ومدة النبض عالي المستوى.

يوضح الشكل 7 أن MP6951 يولد عتبة جهد (V_ص) على أساس الجهد الذروة على مصدر الصرف. تتم مقارنة جهد الصرف إلى المصدر مع VP في الوقت الفعلي في كل دورة تبديل. يتم تمكين منطق التشغيل الكامل فقط عندما تستمر النبضة الإيجابية لفترة أطول من الوقت القابل للتكوين (t_دبليو) ، ويتم تشغيل المعدل المتزامن بمجرد قلب قطبية مصدر التصريف.

خلاف ذلك ، يتم تعطيل منطق التشغيل أو تأخيره ، حتى عندما تنقلب قطبية التصريف إلى المصدر. لا يتم تشغيل المعدل المتزامن أثناء النبضة الثانية لتبديل الجهد الصفري لأن جهد الصرف إلى المصدر لا يتجاوز V_ص أو أن مدة النبضة الموجبة لا تتجاوز t_دبليو. علاوة على ذلك ، يقوم MP6951 بضبط حرف t داخليًا_دبليو المنطق القائم على مجموعات الجهد الإدخال والإخراج المختلفة. نتيجة لذلك ، يمكن دائمًا تشغيل المعدل المتزامن في أنسب وقت.

يوضح الشكل 8 أشكال موجة التشغيل MP6951 عند استخدام طوبولوجيا flyback ZVS. بشكل عام ، يتم تشغيل بوابة SR فور إيقاف تشغيل MOSFET الأساسي ؛ ومع ذلك ، لا يتم تشغيل بوابة SR عند المفاتيح الأخرى (بما في ذلك Q_أس_جو س_إل) قم بالتشغيل للتبديل بجهد صفري. وبالتالي ، يتم القضاء على مخاطر إطلاق النار.

خاتمة

يتم تطوير متغيرات flyback الجديدة وتنفيذها بسرعة لتلبية طلب السوق لكثافة وكفاءة طاقة أعلى. يجب أيضًا تكييف وحدات التحكم SR حيث يتم اعتماد المزيد من متغيرات تبديل الجهد الصفري في التطبيقات العملية. كشركة رائدة في سوق المقومات المتزامنة ، تقدم MPS مستوى لا مثيل له من تشغيل SR القوي والموثوق مع MP6951. بالمقارنة مع وحدات تحكم SR الحالية ، يمكن لـ MP6951 أن تتطابق تمامًا مع أي متغير flyback مع الميزة الرئيسية المتمثلة في القضاء على مخاطر إطلاق النار أثناء تشغيل ZVS. علاوة على ذلك ، تم التحقق بشكل كامل من فعالية مخطط التحكم MP6951 بين منتجات المحولات المتطورة من الناحية النظرية والإنتاجية.

مدير التسويق التقني وهندسة التطبيقات في MPS