Liu Zhiyuan, Shaoru Ping, Wang Xiadong

(Nanjing University of Science College de génie électrique et de contrôle, Nanjing 211816)

Dans une large gamme de tensions d'entrée, convertisseur de résonance LLC pour obtenir un gain à haute tension, ce qui entraîne souvent un grand nombre de pertes de conduction primaire. Nous avons proposé un schéma de conception de charge contrôle de déphasage fréquence fixe numérique convertisseur résonant LLC. Sur la base de son analyse principe de la topologie, la réalisation des paramètres de conception du circuit principal et le transformateur. puce DSP TMS320F28033 comme le contrôle, le programme analyse le processus basé sur un logiciel. Enfin, l'entrée de conception 350 V ~ 500 V a, 200 prototype V / 5 A la sortie de la simulation et les résultats expérimentaux démontrent la faisabilité de la conception, la conception est révélée plus faible perte de conduction primaire et à pleine charge l'efficacité de l'ordre de 92% ou plus.

LLC convertisseur résonant; phase de décalage de fréquence fixe, la perte de conduction est faible; pleine charge

CLC: TN86

Code de document: A

DOI: 10,16157 / j.issn.0258-7998.171447

format de citation chinois: LiuZhiYuan, Shaoru Ping, Wang Xiadong. Décalage haute fréquence ensemble de commande de phase de résonance LLC convertisseur Technologie électronique, 2018,44 (1): 139-142,146.

Anglais format de citation: Liu Zhiyuan, Shao Ruping, Wang Xiadong. Recherche sur le convertisseur résonant LLC haute efficacité avec une fréquence constante et le contrôle de déphasage . Application de la technique électronique, 2018,44 (1): 139-142,146.

0 introduction

Comme l'un des plus topologie du convertisseur industriel résonant LLC populaire, avec peu de composants, petit interrupteur de tension, haute efficacité . Par conséquent, utilisé dans de nombreuses applications, en particulier l'application de haute tension, faible courant de sortie. topologie LLC combine les avantages de la SRC et République populaire de Chine, non seulement pour la mise en état d'arrêt, alors que le circuit du réservoir de résonance peut refléter la taille du courant de charge. LLC convertisseur résonant ayant de bonnes caractéristiques à une large gamme de tension de régulation de tension de situations. LLC convertisseurs résonnants, les ZVS de transistors MOS Turn-off-commutation douce primaires, ZCS diode redresseur secondaire est atteinte, la perte de commutation est réduite dans une certaine mesure, afin de faciliter la réalisation de haute fréquence, améliore la densité de l'efficacité et de la puissance .

Document Une nouvelle topologie de LLC, ont subi des pertes de conduction plus faibles et plage de variation de fréquence. Document est proposé une méthode de contrôle hybride LLC. Quand il travaille à différentes tensions d'entrée, respectivement, en utilisant la fréquence et de contrôle de phase. Document de est proposé un procédé pour la large plage de tension d'entrée est non pas un problème de commande de fréquence fixe. Document de proposée par déplacement de phase à double convertisseur résonnant LLC de commande bidirectionnelle, respectivement sur deux double sens de déplacement de transmission de puissance et de la stratégie de commande de phase de conversion. Comme le convertisseur de résonance série LLC sur une tension d'entrée doit avoir une petite inductance magnétisant obtenir un gain à haute tension, provoquant ainsi de graves pertes de conduction primaire. Pour couvrir la large gamme d'entrées de commande de fréquence, une large gamme de fréquences, ne favorise pas la conception de l'élément magnétique .

Sur la base des principes et caractéristiques de l'analyse de la topologie LLC, pour optimiser la conception du circuit principal, il est possible d'effectuer une commutation de tension nulle pour tous les tubes dans la gamme de charge de la tension de fonctionnement et la contrainte de tension et interrupteur peut être réduite au minimum. Utilisation de commande de phase de décalage de fréquence fixe peut être obtenue par un gain de tension continue élevée sans réduction de la fréquence. La conception du 350 V ~ 500 V entrée a, 200 prototype V / 5 Une sortie par Saber analyse préliminaire de la fiabilité des logiciels de vérification. Enfin, les expériences de prototype a prouvé l'exactitude du programme.

Principe 1 LLC convertisseur à résonance et l'analyse

topologie convertisseur de résonance 1.1 LLC de la principale

LLC résonant convertisseur 1 , différent du convertisseur classique de résonance est un bras de pont redresseur des deux commutateur rectificateur convertisseur LLC SR est remplacé par des diodes. SR commute la commutation du côté primaire synchronisation modulation de fréquence, afin de réduire les pertes de conduction des deux commutateurs côté.

approximation harmonique peut être obtenue en utilisant le convertisseur résonnant LLC gain de courant continu de tension de sortie est la suivante:

Par la formule (1) peuvent être obtenus courbe de gain correspondant du convertisseur à résonance à différentes valeurs de Q. 2, lorsque l'on travaille sous charge différente, la plage de variation de la fréquence de commutation est faible, problème de régulation de charge ne se produit pas de lumière. Si le contrôle de fréquence variable, la gamme de fréquences de fonctionnement sera relativement large, la tension d'état sans charge de décalage peut se produire. Dans ce document, la commande de fréquence fixe, en fonction de la variation de la tension de charge, le signal de commande de commutateur de réglage du rapport cyclique ou de l'angle de déphasage de la tension de sortie se stabilise.

1.2 Analyse du mode de fonctionnement

Dans le présent document, le mode de commande à fréquence fixe par déplacement de phase, tel que représenté sur la Fig.

À savoir, lorsque l'entrée haute tension, SR synchronisé avec le commutateur pour ouvrir le commutateur primaire, étant donné que le courant circule à travers le côté secondaire des canaux de commutation, a une petite résistance à l'état, la perte de conduction de la rectification secondaire réduite. SR besoin de fermer avant que le commutateur, un convertisseur de courant continu devient nul. Etant donné que le courant circule à travers la diode de redressement en série et un SR de commutation, le courant redressé diode de redressement empêche de négatif est le SR au cours de l'opération de commutation du demi-cycle positif. Lorsque la fréquence de commutation est inférieure à et proche de la fréquence de résonance, LLC fonctionne en mode discontinu, en mode de fonctionnement LLC convertisseur résonant similaire au convertisseur traditionnel de résonance, pas expressément dans les présentes, les formes d'ondes principales représentées sur la figure 4.

Lorsque la tension d'entrée de l'onduleur est faible, l'utilisation de la commande de changement de phase, à savoir en déplaçant le signal de commande de commutateur de grille SR de phase secondaire, de sorte que le convertisseur peut être obtenu par un gain de tension élevée sans réduire la fréquence de commutation. Etant donné que la gamme de fréquences de fonctionnement de l'onduleur est étroit, un petit transformateur peut être choisi de manière à réduire la taille du noyau du transformateur et de la perte de conduction, de sorte que toute la charge pour obtenir une efficacité maximale. diagramme de forme d'onde de clé dans le motif de décalage de phase représenté sur la figure.

Mode de commutateur 1 (t0 ~ t1): Q1 tour, Lr est la tension Vin-VCr, le courant de résonance du drain à la source, la cavité de ILR courant augmente de façon linéaire. La différence d'énergie entre le courant de résonance et le courant d'excitation fournie à la charge par l'intermédiaire du redresseur du côté secondaire. Depuis SR2 sont activés en permanence, la tension appliquée à travers l'inductance de magnétisant est égal à zéro.

Commutateur mode 2 (t1 ~ t2): SR2 est éteint, l'énergie accumulée par Cr sortie Lr au condensateur C0 à travers DR1 et SR2. Tension aux bornes de l'inductance de magnétisation du transformateur est fixée à ce moment VLm = nVout. Ilm linéaire augmente, la cavité ILR courant (Vin-VCR-nVout) / Lr pente diminue finalement égal au courant dans l'inductance de magnétisation, à savoir ILR = Ilm.

Commutateur mode 3 (t2 ~ t3): Dr1 off, car SR1 continué ouverture du secondaire du transformateur ne se reflète pas vers le côté primaire. Tension sur le réseau résonnant composé de Lr et Lm est Vin-VCr, Lr et Lm à ce moment croissance synchronisée. condensateur de sortie C0 filtre pour fournir de l'énergie à la charge.

Commutateur de mode 4 (t3 ~ t4): période OFF Q1, Q2 pas ouvert dans le temps mort. Depuis SR2 reste ouverte, Cr Lr continue à décharge, la cavité du courant augmente. A ce stade, Q2 commencer à décharger la capacité parasite pour la préparation ZVS d'ouverture de Q2.

Commutateur de mode 5 (t4 ~ t5): étape 1 et étape 5 symétrique, pas repris ici, le reste du temps de commutation et sur le mode de fonctionnement du convertisseur séquentiellement symétrique.

2 LLC conception de résonance du convertisseur

2.1 Conception des paramètres clés du circuit principal

paramètres de conception optimale du réseau de résonance est de déterminer la fiabilité du convertisseur une partie importante. Les paramètres de conception: convertisseur d'entrée de résonance de tension est de 350 V ~ 500 V, tension nominale Uin = 450 V, la tension de sortie V0 = 200 V; fr = 100 kHz. Lorsque l'entrée 450 V ~ 500 V, le convertisseur résonant fonctionne au voisinage de la fréquence de résonance, lorsque l'entrée 350 V ~ 450 V, sans réduire la fréquence de commutation du SR côté secondaire à l'aide de commande de changement de phase.

(1) rapport de transformation:

Gain gamme de 0,91 à 1,30. Lorsque les paramètres de conception, en plus de répondre aux exigences de gain, courant RMS primaire et secondaire et plage d'accord pour être aussi faible que possible. Prototype paramètres comme indiqué dans le tableau 1.

2.2 conception du transformateur

Les transformateurs conçus raisonnable affectent l'efficacité et la performance de l'alimentation de commutation. Lorsque le convertisseur fonctionne dans le mode à fréquence fixe, LLC de travail au voisinage de la fréquence de résonance, la densité de flux magnétique maximale est la suivante:

D'après la formule (6) peut être vu que, lorsque la tension d'entrée augmente, D diminue. L'analyse précédente de la tension aux bornes de l'inductance de magnétisation au cours du déplacement de phase zéro lorsque la tension d'entrée est réduite par un dispositif de décalage de phase à fréquence fixe l'augmentation de la tension de sortie. D est augmentée de sorte que l'amplitude de Ilm réduite, étant donné que le convertisseur résonant LLC ayant une densité de flux magnétique maximum à la tension d'entrée minimum, et peut donc utiliser un noyau de transformateur aussi faible que possible, afin de réduire la perte dans le noyau du transformateur, afin d'améliorer la densité de puissance.

Cette conception utilise transformateur à noyau de type EI25, surface en coupe transversale magnétique noyau Ae = 0,41 cm2, la densité de flux magnétique Bw = 2140 gauss.

2.3 partie logicielle de la conception

Le principal organigramme de programme de l'organigramme du programme d'interruption ADC et correspondant à chacun de (a) et 6 (B), au cours du logiciel de décalage de phase secondaire pour obtenir une sortie à haute tension, mais aussi la tension en boucle fermée ajustée, la tension de sortie atteint une valeur stable . Étant donné que le module de puce DSP avec un CAN, la tension de sortie module CAN LEM échantillonné rétroaction au DSP lit dans la routine d'interruption AD d'échantillonnage, les signaux de sortie sont lus et stockés dans les résultats de l'échantillonnage, la commande PID après algorithme de filtrage numérique appeler, le calcul d'erreur conformément au signal de commande PWM pour mettre à jour la quantité de commande requise, la détermination finale de l'angle de phase .

3 Simulation et analyse expérimentale

Les paramètres de conception de l'analyse ci-dessus et de construire un modèle de simulation de prototypes, Sabre et la stabilité de la première vérifier l'exactitude de la conception numérique ici convertisseur résonant LLC.

Les figures 7 et 8 sont résonant fixe LLC dans un décalage de fréquence du réservoir de résonance et la forme d'onde de courant en mode en phase, on peut voir le courant à travers l'inductance de magnétisation est petite, et donc du côté primaire pour répondre aux ZVS tourner les pertes de conduction que petit. La différence dans la plage de charge peut être maximisée Ilm ILR et est sortie vers la charge par l'intermédiaire du redresseur secondaire, effectivement améliorer l'efficacité du convertisseur.

Comme on peut le voir sur la Fig. 9, la tension de charge de sortie est d'environ 200 V, l'amplitude d'ondulation est de 0,2 V ou moins, la tension de sortie est relativement stable, répond aux exigences de précision.

La partie essentielle du processus de débogage de logiciel est un signal de commande de PWM pour le débogage,. La figure 10 est une forme d'onde du signal de commande PWM du MOSFET avec la même jambe morte. Vu de la figure., Le circuit de commande de la période de sortie de signal PWM du est de 10 ps, à savoir, la fréquence de commutation est de 100 kHz, le temps mort d'environ 300 ns, en accord avec les paramètres de conception du prototype, la même chose peut être jambe évité efficacement se produisent tourné simultanément sur phénomène.

Résultats de l'analyse théorique et de débogage montrent que tant pour atteindre les ZVS traîne la jambe, puis tout le module de commutation de charge atteindra ZVS. Comme représenté sur la Fig. 11, la jambe en retard du transistor MOS à turn-off, Vds montante du comparateur de tension nulle est maintenant désactivé. Et l'effet Miller à cause de l'inductance de fuite, avant Vds augmente jusqu'à un maximum, il y a une phase d'accélération, et lorsque la jambe retard du MOSFET Vds tombe à zéro, le signal de commande PWM pour ouvrir, pour atteindre ZVS.

Les composants matériels et logiciels sont des tests connexes, après quoi le système peut être ajusté en commun. Après avoir réussi FBI système pour différents test d'efficacité de charge d'entrée, comme le montre la courbe d'efficacité figure, a prouvé 12 convertisseur à résonance LLC en toute la plage de charge peut obtenir un fonctionnement à haut rendement, vérifie la fiabilité du programme.

4 Conclusion

Cet article décrit un système de tarification basé sur le convertisseur de résonance numérique LLC. Par différentes tensions d'entrée et une commande par déplacement de phase à fréquence fixe, respectivement, réduisant efficacement les pertes de conduction du côté primaire, afin d'obtenir un gain élevé de tension. Pour vérifier le logiciel de simulation de conception de circuits avec Sabre, et finalement testé pour le test de performance, le détail de forme d'onde correspondant. Les résultats ont montré que la tension de charge prototype sur un commutateur à large plage d'entrée peut être réalisé tout le ZVS, la perte de commutation est réduite, l'efficacité du prototype 92%, vérifiée par une analyse théorique, à des exigences de charge de la machine rencontre de charge.

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