Dziś jest środa, 16 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8934 -0.05% 1EUR 4.297 +0.05% 1GBP 4.961 +0.67%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
Cykl szkoleń z zakresu programowania sterowników SIMATIC S7-300, S7-1200
więcej
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
32 edycja targów Energetab 2019 juz za cztery tygodnie
więcej
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
17 październik 2019
72 edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu 
więcej
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
24 wrzesień 2004.

Konwertery DC-DC z synchronicznym prostownikiem

Konwertery DC-DC z synchronicznym prostownikiem
Wyspecjalizowany sterownik i zoptymalizowane MOSFET-y umożliwiają zwiększenie sprawności synchronicznego konwertera DC-DC do ponad 90%.
Zwiększenie szybkości działania systemu cyfrowego prowadzi do znacznego zwiększenia poboru mocy. Równocześnie zwiększa się liczba rozmaitych napięć, potrzebnych do zasilania mikroprocesorów, pamięci, wejść/wyjść i innych podzespołów w nowoczesnych komputerach i urządzeniach komunikacyjnych. Przy obecnym trendzie do konfiguracji wielonapięciowych zasilacze muszą natychmiastowo reagować na zmieniające się wymagania obciążenia. Rezultatem jest szybkie przyjmowanie się rozproszonych architektur zasilania, z konwerterami DC-DC umieszczonymi w pobliżu obciążenia. Takie ulepszenia stawiają konwerterom DC-DC nowe wymagania w zakresie kosztów i sprawności, a także gęstości mocy.

W odpowiedzi na te wyzwania producenci dalej miniaturyzują rozmiary konwerterów, zwiększając równocześnie ich moc uzyskiwaną z jednostki objętości. Użytkownicy domagają się coraz lepszych sprawności przy coraz mniejszych rozmiarach zasilaczy nawet wtedy, gdy ich napięcie wyjściowe obniża się poniżej 3,3V. Obecnie coraz częściej napięcie wyjściowe zasilaczy zmniejsza się do 2,0V, podczas gdy prąd wyjściowy wzrasta do dziesiątków amperów, a napięcie wejściowe utrzymuje się na wysokim poziomie 48V. Zadania producentów stają się więc tym trudniejsze, im większa jest różnica napięć pomiędzy wejściem a wyjściem zasilacza.

Projektanci zasilaczy radzą sobie z tymi problemami stosując między innymi prostownik synchroniczny. Niskostratne prostowanie synchroniczne, opierające się na MOSFET-ach, pozwoliło pokonać ograniczenia konwencjonalnego prostowania z diodami Schottky’ego, a konwertery DC-DC wykorzystujące tę technikę osiągnęły większą sprawność. Przy mocy wyjściowej 100W lub większej liczy się każdy procent sprawności przetwarzania, gdyż decyduje on o gabarytach konwertera. Sprawność ta osiąga obecnie blisko 85%, co przy przetwarzaniu w dół, z 48V do 3,3V, jest uważane za doskonały wynik.

Podniesienie jej do 90% lub wyżej jest dla konwerterów dużej mocy zadaniem niełatwym. Rozwiązaniem może być użycie układu scalonego IR1175 firmy International Rectifier – specjalizowanego sterownika prostownika synchronicznego, w którym zrealizowano nową technikę sterowania przełącznikiem synchronicznym, wywołującą znacznie mniejsze straty w topologiach izolowanych z synchronicznym prostowaniem (rys. 1). Dla złagodzenia niektórych wad wcześniejszych konstrukcji układ scalony sterownika cechuje szereg ważnych właściwości. Może na przykład kompensować skończone czasy przełączania MOSFET-ów, co dokonuje się za pomocą zmodyfikowanej pętli synchronizacji fazowej (PLL) z blokiem opóźniania, pozwalającej na wcześniejsze włączanie n-kanałowych przełączników.

Układ ten również minimalizuje wpływ indukcyjności rozproszonej transformatora impulsowego konwertera, regulując niezbędne czasy martwe lub nakładania się sygnałów sterowania bramek. Utrzymuje również poprawne wysterowanie bramek tranzystorów pracujących w układzie prostownika synchronicznego, zarówno w czasie transmisji mocy, jak i podczas ich wyłączenia, niezależnie od innych przebiegów generowanych pojawiających się w transformatorze impulsowym. Wreszcie sterownik podąża za przebiegami towarzyszącymi transmisji mocy i utrzymuje potrzebny współczynnik wypełnienia sygnału, ustalony przez modulator szerokości impulsów zawarty w sterowniku zasilacza. Włączając i wyłączając MOSFET-y przed przebiegami sygnałów, jakie występują po stronie wtórnej transformatora impulsowego, minimalizuje się straty związane przewodzeniem diody wstecznej pomiędzy drenem a źródłem tranzystora MOS.

Momenty włączania i wyłączania są regulowane i można je dobierać do MOSFET-ów różnych mocy i typów oraz uwarunkowań schematowych. Układ IR1175, za pośrednictwem zewnętrznych elementów, umożliwia także kontrolę nad czasem nakładania się i czasem martwym sterowania. Trzeba podkreślić, że IR1175 jest układem samodzielnym, nie powiązanym z układem wejściowym. Sterownik pobiera zasilanie bezpośrednio z obwodów wtórnych zasilacza.

W celu umożliwienia sterownikowi pracy w zakłócanym środowisku w układzie scalonym użyto obwodów wejściowych z przerzutnikami Schmitta i zastosowano technikę usuwania zdwojonych impulsów. Układ cechuje się także możliwością sterowania przełączników MOSFET dużym prądem i szybkiego działania oraz jest adaptowalny do różnych topologii. Według danych technicznych, może dostarczać do 2A prądu wyjściowego i do 2MHz częstotliwości przełączania. Sterownik najlepiej nadaje się jednak do pracy przy częstotliwości mniejszej od 500kHz i przy prądzie sterującym mniejszym od 2A. Przy większych prądach należy raczej zastosować zewnętrzne drivery dla elementów MOS.

Wybór właściwych MOSFET-ów też nie jest łatwy. W tabeli 1 zamieszczono przykładowy przegląd MOSFET-ów zoptymalizowanych do użytku w konwerterach DC-DC. Dla układów separowanych do stosowania po pierwotnej stronie transformatora stworzono MOSFET-y mocy na 200V i 150V, o optymalnej kombinacji rezystancji przewodzenia, ładunku bramki i rozmiarów struktury. Technika ta pozwala wybrać najlepszy kompromis pomiędzy stratami przełączania i przewodzenia. (KKP)


Rys. 1. IR1175 jest przystosowany do sterowania n-kanałowymi MOSFET-ami mocy. MOSFET-y te są użyte w roli synchronicznego prostownika w szybkich wysokoprądowych konwerterach DC-DC o napięciu wyjściowym 3,3V lub niższym. Układ znacznie ogranicza niepożądane przewodzenie diody wstecznej dren-źródło MOSFET-ów mocy i zwiększa sprawność przetwornika o 4-5%.


Rys. 2. Przykładowy układ obwodów wtórnych konwertera z prostownikiem synchronicznym sterowanym za pomocą układu IR1175.


Rys. 3. Typowy izolowany konwerter z 48V na 3,3V, zawierający prostownik synchroniczny sterowany za pomocą napięć występujących w obwodzie wtórnym transformatora, ma wydajność około 84%. Rozwiązanie ze specjalizowanym sterownikiem pozwala zwiększyć ją do ponad 88%.

Tabela 1. Tranzystory MOSFET do synchronicznego prostowania w konwerterach DC-DC.

Prostownik po stronie pierwotnej konwertera

typ

BVdss

Id przy 25°C

RDS maks.

ładunek bramki Qg

obudowa

IRFS30N20D

200V

30A

82mΩ

65nC

D2PAK

IRFR13N20D

200V

13A

235mΩ

25nC

D2PAK

IRFS41N15DA

150V

41A

37mΩ

67nC

D2PAK

IRFR18N15D

150V

18A

141mΩ

25nC

DPAK

Prostownik po stronie wtórnej konwertera

typ

BVdss

Id przy 25°C

RDS maks.

ładunek bramki Qg

obudowa

IRFBL3703

30V

120A

2,5mΩ

159nC

Super-D2PAK

IRF7455

30V

13A

7,5mΩ

45nC

S0-8

IRF7456

20V

13A

6,5mΩ

45nC

S0-8

Źródło: DACPOL
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl