في السنوات الأخيرة ، أصبحت المحولات الرنانة أكثر شيوعًا ويتم تطبيقها على نطاق واسع في تطبيقات مختلفة مثل الخادم والاتصالات والإضاءة والإلكترونيات الاستهلاكية. إحدى السمات الجذابة الرئيسية هي أن الرنين محول يمكن بسهولة تحقيق كفاءة عالية و
السماح بتشغيل عالي التردد مع نطاقات ساحرة ناعمة واسعة داخلية. يسلط هذا الورق الضوء على مزود الطاقة 300 وات الذي يتميز بالتحكم الرقمي لمحول الرنين نصف الجسر LCC جنبًا إلى جنب مع التصحيح المتزامن.
إن STEVAL – LLL009V1 الموضح في الشكل 1، عبارة عن مصدر طاقة بقدرة 300 واط يتم التحكم فيه رقميًا. الجانب الأساسي يتكون من PFC و DC-DC مرحلة الطاقة (محول الرنين LCC نصف الجسر) بينما يشكل الجانب الثانوي تصحيحًا متزامنًا ووحدة تحكم دقيقة STM32F334. يتم التحكم في مرحلة الطاقة DC-DC (محول الرنين LCC نصف الجسر) والتصحيح المتزامن للإخراج رقميًا باستخدام وحدة التحكم الدقيقة STM32F334، بينما تعمل مرحلة تصحيح عامل الطاقة (PFC) في وضع الانتقال استنادًا إلى L6562ATD.
يمكن أن تعمل مجموعة أدوات التقييم بشكل ثابت الجهد االكهربى وضع (CV) أو وضع التيار المستمر (CC) حسب المتطلبات. تضمن دوائر الحماية السريعة الموجودة على اللوحة جميع ميزات الحماية الأساسية بموثوقية عالية. تم تقييم أداء مجموعة أدوات التقييم المطورة تحت أنابيب التيار المتردد التي تتراوح من (270-480 فولت) على نطاق الحمل الكامل. معلمات جودة الطاقة تقع ضمن الحدود المقبولة للمعيار التوافقي IEC 61000-3-2.
مقدمة
يتبنى الحل المقترح نهج التحكم في التحويل الرقمي بدلاً من التصميم القياسي القائم على الدوائر المتكاملة التناظرية. الميزة الرئيسية للتحكم الرقمي هي مرونة البرمجة لضبط المعلمات ونقاط التشغيل أثناء الطيران ، لأي حالة معينة ، دون أي تعديل HW ، في حين لا يمكن ضبط التحكم التناظري إلا لنطاق معين. الميزات المتقدمة مثل طرق التعتيم (التناظرية أو الرقمية) ، التحكم في التعتيم (0-10 فولت ، الاتصال اللاسلكي) ، دقة التعتيم ، درجة الحرارة
تميل وظائف المراقبة والحماية المختلفة والاتصالات إلى أن تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة نظرًا لإمكانية تنفيذها بواسطة فرد واحد IC وهي أسهل في التنفيذ باستخدام التقنيات الرقمية مقارنة بالتحكم التناظري. بالإضافة إلى ذلك ، يضمن التحكم الرقمي استقرارًا أكثر من التناظرية في الظروف الصاخبة: الحل الذي يتم التحكم فيه رقميًا يكون أقل حساسية لتحمل المكونات وتغيرات درجة الحرارة وانجراف الجهد.
نبذة عن النظام
تقوم مجموعة التقييم STEVAL-LLL009V1 بتحويل جهد إدخال التيار الكهربائي من 270 فولت إلى 480 فولت تيار متردد إلى 48 فولت تيار مستمر ، 6.25 أمبير أقصى تيار في وضع جهد ثابت (CV) بينما في وضع التيار المستمر (CC) يمكن أن توفر 6.25 أمبير من التيار مع يتراوح جهد الخرج من 36 إلى 48 فولت. يمكن تكوين مجموعة التقييم إما في وضع CV أو وضع CC باستخدام مفتاح التبديل SW1 المثبت على لوحة الطاقة الرئيسية.
يشار إلى مرحلة طاقة DC-DC على أنها الأرض الأولية بينما يشار إلى المتحكم الدقيق بالأرض الثانوية. بفضل محرك البوابة نصف الجسر المعزول كلفانيًا STGAP2DM والذي يقود مرحلة الطاقة DC-DC الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة بإشارة التحكم القادمة من المتحكم الدقيق.
يعرض الشكل 2 مخطط الكتلة لمجموعة أدوات التقييم STEVAL-LLL009V1 الذي يدمج الهياكل والمكونات المستخدمة في الأقسام المختلفة.
في مجموعة التقييم ، يوجد إدخال من 0 إلى 10 فولت للتحكم في سطوع مصابيح LED. لا يمكن تطبيق التحكم في التعتيم من 0 إلى 10 فولت إلا عند تشغيل مجموعة التقييم في وضع التيار المستمر (CC). يتم تنفيذ نهج التعتيم التناظري في مجموعة التقييم STEVAL-LLL009V1 بدقة حالية تبلغ 1٪.
تخدم بطاقة ابنة مع مضخم معزول الغرض من استشعار جهد خرج PFC وهو أيضًا جهد الدخل لمرحلة طاقة DC-DC.
تعتمد مرحلة PFC على MDmeshTM K5 الطاقة MOSFET بينما يعتمد نصف الجسر لمحول LCC على MDmeshTM DK5 Power MOSFETs لأداء عالي الكفاءة. التصحيح المتزامن (SR) مع STripFETTM يتم استخدام F7 Power MOSFETs على الجانب الثانوي لتقليل خسائر التوصيل.
تم تجهيز مجموعة التقييم بأحكام سلامة شاملة مثل الفتح الدارة الكهربائية، ماس كهربائى ، حماية التيار الرنان ، مدخلات مرحلة الطاقة DC-DC تحت الجهد والحماية من الجهد الزائد.
يتم توفير كلا القسمين الأساسي والثانوي من خلال دائرة flyback خارج الخط تعتمد على VIPer267KDTR والتي توفر جهدًا منظمًا للوحة التحكم ، و ICs سائق البوابة ودوائر تكييف الإشارة.
أظهرت النتائج التجريبية كفاءة عالية ، وعامل قدرة قريب من الوحدة ، ونسبة THD منخفضة تحت جهد إدخال واسع وظروف تحميل بسبب أداء منتجات الطاقة ST وكذلك استراتيجيات التحكم المطبقة باستخدام متحكم STM32F32 334 بت.
محول LCC ResoNANT
تقوم مرحلة الطاقة DC-DC بتحويل جهد خرج PFC إلى جهد الخرج المطلوب. هناك العديد من الهياكل التي يمكن استخدامها لتحويل DC-DC وخاصة محول الرنين LLC ومحول الرنين LCC وما إلى ذلك. لكل طوبولوجيا مزاياها وعيوبها. قد تتطلب التطبيقات مثل شواحن البطاريات وإضاءة LED مراحل طاقة DC-DC المعزولة للتعامل مع نطاقات جهد الإدخال أو الإخراج الواسعة. بالنظر إلى المتطلبات ، يتم تنفيذ طوبولوجيا الرنين LCC نصف الجسر في مرحلة طاقة DC-DC من STEVAL-LLL009V1 كما هو موضح في الشكل 3.
في STEVAL-LLL009V1 بالتوازي مكثف Cp متصل بالثانوية للمحول. نتيجة لذلك ، تصبح السعات الطفيلية للتصحيح المتزامن ومحاثة التسرب للمحول جزءًا من خزان الطنين.
يقوم جهد خرج PFC بشحن المكثف السائب ، من أجل توليد DC-BUS مستقر. يتم تبديل وحدات MOSFET ذات التكوين نصف الجسر لتوليد شكل موجة جهد مربع بين GND و DC-BUS. يتم تطبيق الجهد المربع على دائرة خزان الطنين LCC والتي تتكون من مكثف Cr، مكثف جp (وضعت في الثانوية) ، مغو Lr ومحولات العزلة.
يتم تشغيل نصف الجسر لمحول الرنين MOSFETs/المفاتيح ذات الجهد العالي مع دورة عمل PWM بنسبة 50 بالمائة ووقت ميت مناسب. نظرًا لأن تيار خزان الرنين الجيبي تقريبًا يتخلف دائمًا عن شكل موجة الجهد (المنطقة الحثية) كما هو موضح في الشكل 4، فإن MOSFET تتمتع سعة الخرج بوقت للتفريغ خلال الوقت الميت قبل التشغيل التالي، وتحقيق تبديل الجهد الصفري (ZVS). يتم استخدام التحكم في تردد تبديل PWM لتنظيم كسب الجهد لخزان الرنين والحفاظ على المحول في المنطقة الحثية. وهذا يسمح لـ ZVS بتغطية نطاق التشغيل بالكامل وتقليل خسائر التبديل.
طاولات ومكاتب 1: LCC vs LLC الرنين المحول
| محول الرنين | محول LCC | محول LLC | |
| fr1 | |||
| fr2 | |||
| منطقة التشغيل المطلوبة | fعملية > وr2 | fr1 <وعملية <وr2 | |
| الميزات الرئيسية | يحتوي LCC على تباين تردد أضيق.
قد لا تحتاج إلى الانفجار عند التحميل الخفيف. |
LLC لديها تيار RMS أقل من LCC.
كفاءة أفضل على LLC wrt LCC. |
|
| مخطط كتلة | |||
تم تحليل كسب محول الرنين نصف الجسر LCC في مجموعة التقييم باستخدام طريقة التحليل التوافقي الأساسي (FHA).
استنادًا إلى معادلة الكسب المشتقة باستخدام طريقة FHA ومعلمات LCC المحددة لمحول الرنين نصف الجسر LCC في مجموعة تقييم STEVAL-LLL009V1 ، تظهر المؤامرة بين الكسب والتطبيع في الشكل 5.
التصحيح المتزامن (SR)
على الجانب الثانوي من المحول الموضح في الشكل 3 ، يتم تصحيح شكل موجة جهد الدخل بواسطة المقوم المتزامن في تكوين الجسر الكامل وتنعيمه بواسطة مكثفات الإخراج. يتم التحكم في مرحلة التصحيح المتزامن رقميًا بواسطة متحكم STM32F334.
التصحيح المتزامن (SR) جهد عقدة المرحلة (V.DS_SR1 و VDS_SR2) لمحرك SR المرحلة MOSFETs. MOSFET VDS (جهد مصدر الصرف) الاستشعار وخوارزمية التحكم موضحة أدناه.
تتكون شبكة الاستشعار من صمام ثنائي سريع وسحب المقاوم متصل بجهد إمداد المتحكم الدقيق (MCU) كما هو موضح في الشكل 6. عندما يكون جهد تصريف SR MOSFET أعلى من MCU Vcc ، يكون الصمام الثنائي متحيزًا عكسيًا ويتم سحب الجهد المستشعر إلى Vcc. عندما يكون جهد الصرف أقل من Vcc ، يكون الصمام الثنائي متحيزًا للأمام ويكون الجهد المستشعر مساويًا لهذا الجهد بالإضافة إلى انخفاض الجهد في الصمام الثنائي الذي يعطي تحولًا إيجابيًا. التيار أثناء التحيز الإيجابي محدود بمقاوم السحب.
في البداية ، يبدأ الصمام الثنائي لجسم MOSFETs SR في التوصيل و V.DS محسوس. بفضل VDS يتم تنفيذ تقنية الاستشعار عند الجهد (VDS) أقل من الحد المحدد (V.threshold_ON - إيقاف تم ضبطه بواسطة MCU DAC الطرفية) ، يؤدي إخراج المقارنة (الحافة السقوط) إلى تشغيل طرف MCU TIMER في وضع نبضة واحد غير قابل للرجوع كما هو موضح في الشكل 7.
الطرفية MCU TIMER تبدأ نبضة لمحرك بوابة التصحيح المتزامن المقابل. يحافظ النبض على حد أدنى معين من الوقت (TON دقيقة).
عندما يكون الجهد (VDS) يزيد عن الحد المعين (V.threshold_ON - إيقاف تم ضبطه بواسطة MCU DAC الطرفية) ، يقوم خرج المقارنة (الحافة الصاعدة) بإعادة تعيين الأجهزة الطرفية لـ MCU TIMER وبالتالي يتم إيقاف النبض عند محرك بوابة التصحيح المتزامن المقابل كما هو موضح في الشكل 7.
تراقب وحدة MCU بشكل مستمر تردد مرحلة طاقة DC-DC (HB-LCC) وتيار الخرج. في حالة تجاوز التردد فوق العتبة المحددة مع التباطؤ أو انخفاض تيار الإخراج إلى ما دون العتبة المحددة مع التباطؤ ، يقوم المتحكم الدقيق (MCU) بتعطيل محرك البوابة إلى مرحلة التصحيح المتزامن. بفضل الصمام الثنائي للجسم MOSFETs للتصحيح في هذه المرحلة. يتم تمكين محرك بوابة التصحيح المتزامن عندما ينخفض التردد إلى ما دون العتبة المحددة مع التباطؤ أو يرتفع تيار الخرج فوق الحد المحدد مع التباطؤ.
اعتمادًا على تردد التشغيل لمرحلة طاقة DC-DC (HB-LCC) ، فإن العتبة (Vthreshold_ON - إيقاف) من جدول البحث المخزن في MCU.
نتائج تجريبية
تم حساب الكفاءة الإجمالية وعامل القدرة (PF) والتشوه التوافقي الكلي (THD) لـ STEVAL-LLL009V1 عند الأحمال المختلفة. مع حمولة 100٪ ، تكون الكفاءة أعلى من 93.5٪.
توضح الأشكال 8 و 9 و 10 و 11 أداء مجموعة التقييم من حيث كل من تكوين الجهد الثابت (CV) والتيار الثابت (CC).
يمكن أن يوفر مصدر الطاقة الذي يتم التحكم فيه رقميًا والمقدم في العمل الحالي خرج قدرة 300 واط في وضع الجهد الثابت (CV) والتيار الثابت (CC). أظهرت النتائج التجريبية كفاءة عالية ، وعامل قدرة قريب من الوحدة ، ونسبة THD منخفضة تحت جهد إدخال واسع وظروف تحميل بسبب أداء منتجات الطاقة ST وكذلك استراتيجيات التحكم المطبقة باستخدام متحكم STM32F32 334 بت. لمزيد من التفاصيل ، يرجى الاتصال بمكتب مبيعات STMicroelectronics.