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ZVS Vollbrücke DC-DC Überlegungen zum Konverterdesign und experimentelle Ergebnisse
Betriebseigenschaften von MOSFET Transistoren in phasenverschoben ZVS Vollbrücke DC-DC Konverter Design Überlegungen und experimentelle Ergebnisse

Zusammenfassung:
In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach energieeffizienten Hochleistungssystemen auf dem Markt für Schaltnetzteile weiter zugenommen Mit this ziehen, wenden sich Designer Konvertertopologien mit zu geringere Leistungsverluste PWM Phasenverschiebungssteuerung Vollbrücke Konverter ist einer der beliebtesten soft-hard Schaltnetzteil-Topologien, die bei hoher Leistung eine hohe Energieeffizienz erzielen This Das Papier zielt darauf ab, die Betriebseigenschaften von MOSFET zu untersuchen Schalttransistoren in Nullspannung Schalten (ZVS) Konverter

1. Einführung

Marktpositionierung für Nullspannung Umschalten Phasenverschiebung Zu den Konvertern gehören Netzteile für Telekommunikationsgeräte, Großrechner oder Server sowie andere elektronische Geräte, die sowohl Leistungsdichte als auch Energieeffizienz erfordern Zu erreichen dies Ziel ist es notwendig, Leistungsverlust und Blindleistung zu minimieren Es ist eine praktikable Möglichkeit, die Schaltfrequenz des Wandlers zu erhöhen, aber eine hohe Schaltfrequenz führt zu einem Anstieg des Schaltverlusts, der widerspricht dem Ziel der Verbesserung der Energieeffizienz Eine effektive Lösung ist die Verwendung einer Nullspannung Schalter (ZVS) oder Nullstromschalter (ZCS) Konverter Topologie. This Methode stellt sicher, dass der Schalter Nullspannung ist oder Nullstrom vor dem Zustand Übergang. Besonders erwähnenswert ist die Nullspannung Schalter Die Das Verfahren kann sicherstellen, dass die Schaltröhre vor der Leitung eine Spannung von Null über der vorderen Röhre hat, wodurch der Leistungsverlust beseitigt wird, der durch die Überlappung des Schaltstroms und der Spannungswellenform verursacht wird Die Nulldurchgang Das Schaltverfahren hat viele Vorteile, wie z. B. einen Betrieb mit konstanter Frequenz bei linearer Steuerung, die Integration von Streukapazität oder Widerstand in den Stromkreis und eine niedrige EMI elektromagnetische Interferenz, aber es gibt viele Nachteile, zum Beispiel hat der Phasenverschiebungsregler ein kompliziertes Design und die Gleichrichterröhre schwingt Frequenz und Überschwingen, weiche Schaltverluste unter leichten Lastbedingungen In jüngster Zeit hat die Einführung integrierter Steuerungen die Komplexität des Entwurfs von Phasenschiebereglern verringert, und die Auswahl dedizierter Schaltröhren kann das Problem des Stromverbrauchs von Lastschaltern mit geringer Last lösen bestimmte elektrische Eigenschaften des MOSFET helfen Sie dem System, die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls zu verringern This Artikel beschreibt die Schaltfolge mit die höchste Ausfallwahrscheinlichkeit

2. Einführung in die Topologie des Nullspannungsschalters

Die Die grundlegende Phasenverschiebungsschaltung besteht aus vier Schaltröhren, von denen jede welche hat zwei Schaltröhren Weil Im Arbeitsmodus ändern die Schaltrohre der beiden Brückenarme nicht gleichzeitig ihren Zustand, und immer ändert ein Brückenarm den Schaltzustand vor dem anderen Brückenarm Die Das erste Ändern des Zustands wird häufig als "führender Brückenarm" bezeichnet und der andere wird als "Lag Bridge Arm" bezeichnet. wie in Abb. gezeigt In 1 sind die Schaltröhren Q1 und Q2 repräsentieren "führende Brückenarme" und die Schaltrohre Q3 und Q4 repräsentieren "Lag Bridge Arms".


Abbildung 1

Die Die Ausgangsleistung kann durch Einstellen der Phasenverschiebung Zeit gesteuert werden. Insbesondere ist die Ausgangsleistung groß und die Phasenverschiebungszeit wird auf kürzer; eingestellt Die Ausgangsleistung ist klein und die Phasenverschiebungszeit ist länger eingestellt. This Methode kann die Schaltphase steuern



Figur 2


Betrachtet man die in Abbildung 2 gezeigte Signalfolge, so ist es nicht schwer zu verstehen, dass Q3 und Q4 Schaltröhren werden eingeschaltet, nachdem die beiden anderen Schaltröhrenschalter vollständig geschlossen sind mit anderen Worten, die Ein- oder Ausschaltaktion des "führenden Brückenarms" Schalter Q1 und Q2 tritt immer vor dem "lag bridge arm" auf Schalter Q3 und Q4. Weil der Schaltsequenz der "führende Brückenarm" Der Schalter muss eine Freilaufphase durchlaufen und der "Lag Bridge Arm" Schaltrohr hat this nicht gefunden Prozess. Die Die folgende Tabelle ist die Schaltsequenz Tabelle.



Tabelle 1


This Steuermethode kann den Schaltverlust reduzieren weil es ist nur eingeschaltet wenn Die Spannung am Schalter ist Null. Abbildung 3 zeigt die Strom- und Spannungsverläufe eines typischen phasenverschobenen (P-S) Nullspannung Schaltwandler



Figur 3


Wenn man sich das Highlight von Abbildung 3 ansieht, ist es nicht schwer festzustellen, dass das Q4 Das Stromsignal besteht aus zwei Teilen Die Der erste Teil des Stroms fließt durch den Kanal zwischen Source und Drain des Schalttransistors und der Body-Effect-Diode, während der zweite Teil des Stroms nur durch den internen Kanal zwischen Drain und Source des MOSFET fließt Wenn sich die Polarität der Transformatorspannung ändert, kehrt sich die Stromrichtung sofort um Hysteresebrückenarmschalter Q2 (Bitte überprüfen Sie das Original, um festzustellen, ob ein Schreibfehler vorliegt benutze this Schaltsequenz zum Ändern des Schaltzustands wenn Nulldurchgang und beginnen zu leiten wenn die Spannung an beiden Enden ist Null, realisieren Sie den Nullspannungsschalter Betrieb. Achten Sie auf das Signal des Q4 Schaltröhre, insbesondere das Stromsignal Wann der Strom ändert die Richtung, die Spannung nimmt ab. Seit Der Strom besteht aus zwei Teilen, der Zeit (trr) genommen, um Minoritätsträger in der Körpereffektdiode zu entfernen, ist kürzer als die typische Testzeit Die Die Konzentration von Minoritätsträgern hängt hauptsächlich mit der Lebensdauer der Rekombination zusammen. Daher wird empfohlen, this Topologie Verwenden Sie eine Schaltröhre mit eine schnelle Rückwärtswiederherstellung Geschwindigkeit. Im Folgenden untersuchen wir die möglichen Fehler, die durch this verursacht werden Problem.

3. Möglicher Ausfall der Schaltröhre

wie oben beschrieben, während die Nullspannung Schaltzustandsübergangsprozess, die interne Körperdiode des MOSFET Schalter Q4 nimmt am Schaltvorgang teil und die Einschaltzeit wird durch die Größe der Last bestimmt. Um den Ausgangsstrom einzustellen, ist die Phasenverschiebungszeit zwischen den beiden Brückenarmen variabel, so dass sich die Leitungszeit der Diode des Körpereffekts von ändert eine kurze Zeit bei hoher Leistung zu einer leichten Last für eine kurze Zeit



Figur 4




Abbildung 5


Vergleichen wir die beiden Fälle Die Der Lichtträgerzustand von Fig. 5 ist kleiner als die Zeit, die für das Nachladen der Reorganisation der Minderheitsträger erforderlich ist, welche kann kürzer sein als die Zeit, die erforderlich ist, um den gesamten Vorgang abzuschließen genau hinschauen this Beispielsweise stellen wir fest, dass leichte Lasten die kritischste Bedingung für this sind Risiko

Wie in Abbildung 6 gezeigt, stellt die rote gestrichelte Linie eine andere Erholungszeit dar und zeigt eine Situation an, in der Ein Fehler kann auftreten, wenn ein geeignetes Gerät wird nicht verwendet Wir simulieren Sie drei verschiedene Wiederherstellungszeiten mit drei verschiedene Zeilen, von denen zwei eine Sicherheitssituation darstellen und eine dritte, die einen möglichen Fehler darstellt. Im letzten Fall reicht die Wiederherstellungszeit nicht aus, um die Minoritätsträger im MOSFET zuzulassen vollständig erholen.



Abbildung 6


um das durch this verursachte Ausfallrisiko zu verringern elektrische Spannung, der MOSFET Schalter mit zwei kleinere Parameter, trr und Qrr, sollte ausgewählt werden Wir führte mehrere Halbleitertechnologien ein, die den Fehlermodus des ZVS lösen Topologie Es gibt mehrere MOSFETs mit kurze umgekehrte Erholungszeit und starkes dv / dt Toleranz, welche sind für höhere Frequenzen ZVS geeignet Vollbrücke Anwendungen. Diese Mit diesen Methoden können Hersteller von Schaltnetzteilen auch die Zuverlässigkeit ihrer Geräte erhöhen Stromversorgungssysteme. Abbildung 6 zeigt die aktuelle Wellenform der Schaltröhre der führenden Brücke Wir kann auch eine ähnliche Analyse des Verzögerungsbrückenschalters durchführen Im Gegensatz zum Schaltrohr des führenden Brückenarms umfasst die Leitungsphase des Schaltrohrs der Hysteresebrücke den Rückgewinnungsvorgang der internen Körpereffektdiode in this case, if Wenn das gleiche Schaltrohr wie der Bleibrückenarm ausgewählt ist, gibt es kein Problem (Abb. 7) weil Das Schaltrohr des Nachlaufbrückenarms hat mehr Zeit für die Rückwärtsfahrt



Abbildung 7


4. Fazit

This Artikel untersucht das potenzielle Ausfallrisiko von MOSFET Transistoren in phasenverschoben Nullspannung Schaltwandler durch Analysieren der Schaltzustandsübergangsreihenfolge von this bestimmte Topologie, this Das Papier konzentriert sich auf die wichtigsten Betriebsbedingungen, unter denen Fehler können auftreten, ebenso wie die Orte, die am empfindlichsten gegenüber elektrischer Beanspruchung sind Topologie entsprechend der Schaltsequenz this Die Topologie ist in unterteilt zwei Teile: “Führend Brücke Arm ” und “lag Brücke Arm ”. This In diesem Artikel werden einige elektrische Eigenschaften von MOSFET erörtert Transistoren und schlägt auch eine Produktauswahl vor Bei der Auswahl des Typs muss der Vorschubbrückenarm für trr berücksichtigt werden und Qrr Einschränkungen Die Auswahl des richtigen Schaltrohrs kann die Systemzuverlässigkeit verbessern, die Wahrscheinlichkeit eines Schaltrohrausfalls verringern und ein robustes und zuverlässiges Design erzielen

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