בשנים האחרונות ממירים מהדהדים הפכו פופולאריים יותר ומיושמים באופן נרחב ביישומים שונים כמו שרתים, טלקום, תאורה ואלקטרוניקה לצרכן. מאפיין אטרקטיבי מרכזי אחד הוא מהדהד מֵמִיר יכול להגיע בקלות ליעילות גבוהה ו
לאפשר פעולה בתדירות גבוהה עם טווחי המכשפות הרחבים המהותיים שלהם. מאמר זה מדגיש את אספקת החשמל 300W הכוללת שליטה דיגיטלית בממיר תהודה LCC למחצה, יחד עם תיקון סינכרוני.
ה-STEVAL–LLL009V1 המוצג באיור 1, הוא ספק כוח בשליטה דיגיטלית של 300W. הצד העיקרי הוא PFC ו DC-DC שלב הספק (ממיר תהודה LCC חצי גשר) בעוד הצד המשני מהווה תיקון סינכרוני ומיקרו-בקר STM32F334. שלב הכוח DC-DC (ממיר תהודה LCC של חצי גשר) ותיקון סינכרוני פלט נשלטים דיגיטלית באמצעות מיקרו-בקר STM32F334, בעוד ששלב תיקון גורם ההספק (PFC) פועל במצב מעבר המבוסס על L6562ATD.
ערכת ההערכה יכולה לעבוד באופן קבוע מתח מצב (CV) או מצב זרם קבוע (CC) בהתאם לדרישה. מעגלי ההגנה המהירים שעל הלוח מבטיחים את כל תכונות ההגנה החיוניות באמינות גבוהה. הביצועים של ערכת ההערכה שפותחה הוערכו תחת זרם זרם חילופין שנע בין (270-480 וולט) לאורך כל טווח העומס. פרמטרי איכות ההספק הם בגבולות המקובלים של תקן הרמוני IEC 61000-3-2.
מבוא
הפתרון המוצע מאמץ גישה לבקרת המרות דיגיטליות ולא את התכנון הסטנדרטי המבוסס על מכשירי IC אנלוגיים. היתרון העיקרי של הבקרה הדיגיטלית הוא גמישות התכנות לכוונון הפרמטרים ונקודות ההפעלה בזמן, לכל מצב נתון, ללא כל שינוי HW, ואילו ניתן לכוון את השליטה האנלוגית לטווח ספציפי בלבד. תכונות מתקדמות כגון שיטות עמעום (אנלוגיות או דיגיטליות), בקרות עמעום (0 - 10 וולט, תקשורת אלחוטית), רזולוציית עמעום, טמפרטורה
ניטור, הגנות שונות ותפקודי תקשורת נוטים להיות חסכוניים משמעותית מכיוון שניתן ליישם אותם על ידי יחיד IC והם קלים יותר ליישום באמצעות טכניקות דיגיטליות בהשוואה לבקרה אנלוגית. בנוסף, הבקרה הדיגיטלית מבטיחה יציבות רבה יותר מאשר אנלוגית בתנאים רועשים: פתרון הנשלט דיגיטלית רגיש פחות לסובלנות הרכיבים, לשינויי טמפרטורה ולסחף מתח.
סקירת מערכת
ערכת ההערכה STEVAL-LLL009V1 ממירה 270 וולט ל -480 וולט מתח כניסה לרשת החשמל ל -48 וולט DC, 6.25 זרם מקסימלי במצב מתח קבוע (CV) ואילו במצב זרם קבוע (CC) הוא יכול לספק 6.25 A של זרם עם מתח המוצא נע בין 36 - 48V. ניתן להגדיר את ערכת ההערכה במצב CV או במצב CC באמצעות מתג ההחלפה SW1 המותקן על לוח החשמל הראשי.
שלב ההספק DC-DC מכונה הקרקע הראשית ואילו המיקרו-בקר מכונה הקרקע המשנית. הודות ל- STGAP2DM נהג שער חצי גשר מבודד גלוונית המניע את שלב ההספק DC-DC מוספים עם אות הבקרה שמגיע מהמיקרו-בקר.
איור 2 מציג את דיאגרמת הגוש של ערכת ההערכה STEVAL-LLL009V1 אשר מטמיעה את הטופולוגיות והרכיבים המשמשים לחלקים שונים.
בערכת הערכה, ישנה הזנה של קלט 0-10 וולט לשליטה על בהירות הנורות. בקרת העמעום 0-10V ישימה רק כאשר ערכת ההערכה מופעלת במצב זרם קבוע (CC). גישת העמעום האנלוגית מיושמת בערכת הערכה STEVAL-LLL009V1 ברזולוציה הנוכחית של 1%.
כרטיס בת עם מגבר מבודד משרת את המטרה לחוש את מתח המוצא PFC שהוא גם מתח הכניסה לשלב ההספק DC-DC.
שלב ה- PFC מבוסס על MDmeshTM כוח K5 MOSFET ואילו חצי הגשר של ממיר LCC מבוסס על MDmeshTM DK5 Power MOSFETs לביצועים יעילים גבוהים. תיקון סינכרוני (SR) עם STripFETTM F7 Power MOSFETs משמשים בצד המשני להפחתת הפסדי הולכה.
ערכת ההערכה מצוידת בהוראות בטיחות מקיפות כמו פתוח מעגל, קצר חשמלי, הגנת זרם מהדהד, קלט שלב DC-DC כוח תחת מתח והגנת מתח יתר.
שני החלקים הראשוניים והמשניים מסופקים על ידי מעגל זבוב לא מקוון המבוסס על VIPer267KDTR המספק מתח מווסת ללוח הבקרה, לשקעי הנהג לשער ולמעגלי מיזוג האות.
תוצאות הניסוי מראות יעילות גבוהה, גורם הספק קרוב לאחדות ו- THD% נמוך בתנאי מתח כניסה ועומס רחבים עקב הביצועים של מוצרי החשמל ST, כמו גם אסטרטגיות הבקרה המיושמות באמצעות מיקרו-בקר STM32F32 334 סיביות.
ממיר LCC מהודר
שלב ההספק DC-DC ממיר את מתח המוצא PFC למתח היציאה הרצוי. ישנן טופולוגיות שונות בהן ניתן להשתמש להמרת DC-DC, במיוחד ממיר תהודה LLC וממיר תהודה LCC וכו '. לכל טופולוגיה יתרונות וחסרונות משלה. יישומים כמו מטעי סוללות ותאורת LED עשויים לדרוש את שלבי הכוח DC-DC המבודדים שלהם כדי לטפל בטווחי מתח כניסה או יציאה רחבים. בהתחשב בדרישות, הטופולוגיה המהדהדת של חצי גשר LCC מיושמת בשלב ההספק DC-DC של STEVAL-LLL009V1 כמוצג באיור 3.
ב-STEVAL-LLL009V1 ההקבלה קבל Cp מחובר לשני של השנאי. כתוצאה מכך, הקיבולים הטפיליים של התיקון הסינכרוני והשראת הנזילה של השנאי הופכים לחלק מהמיכל המהדהד.
מתח המוצא של PFC טוען את הקבל בתפזורת, על מנת ליצור DC-BUS יציב. תצורת ה- MOSFET של חצי הגשר עוברת ליצירת צורת גל מתח מרובעת בין GND ו- DC-BUS. המתח המרובע מוחל על מעגל מיכל התהודה LCC המורכב מקבל Cr, קבלים Cp (הושם משני), משרן Lr ושנאי בידוד.
חצי הגשר של ממיר התהודה LCC MOSFET/מתגים במתח גבוה מונעים עם מחזור עבודה של 50 אחוז PWM וזמן מת מתאים. מכיוון שזרם התהודה בקירוב הסינוסואידי תמיד מפגר אחרי צורת גל המתח (אזור האינדוקטיבי) כפי שמוצג באיור 4, MOSFET לקיבול הפלט יש זמן להיפרק במהלך הזמן המת לפני ההדלקה הבאה, ולהשיג מיתוג מתח אפס (ZVS). בקרת תדר מיתוג PWM משמשת לוויסות רווח המתח של מיכל התהודה ולהשאיר את הממיר באזור האינדוקטיבי. זה מאפשר ZVS על כל טווח הפעולה והפחתת הפסדי מיתוג.
טבלתי 1: ממיר תהודה LCC לעומת LLC
| ממיר תהודה | ממיר LCC | ממיר LLC | |
| fr1 | |||
| fr2 | |||
| אזור הפעלה רצוי | fמבצע > וr2 | fr1 <fמבצע <fr2 | |
| תכונות עיקריות | ל- LCC יש וריאציות תדרים צרות יותר.
אולי לא צריך להתפוצץ בעומס קל. |
ל- LLC יש זרם RMS נמוך יותר מאשר LCC.
יעילות טובה יותר ב- LLC עם LCC. |
|
| תרשים בלוקים | |||
הרווח של ממיר תהודה LCC חצי גשר בערכת ההערכה נותח בשיטת ניתוח הרמוני בסיסי (FHA).
בהתבסס על משוואת הרווח הנגזרת בשיטת FHA והפרמטרים LCC שנבחרו עבור ממיר תהודה LCC חצי גשר בערכת הערכה STEVAL-LLL009V1, העלילה בין רווח לנורמל מוצגת באיור 5.
תיקון סינכרוני (SR)
בצד המשני של השנאי המוצג באיור 3, צורת גל הקלט מתוקנת על ידי המיישר הסינכרוני בתצורת גשר מלאה ומוחלקת על ידי קבלים פלט. שלב התיקון הסינכרוני נשלט דיגיטלית על ידי המיקרו-בקר STM32F334.
מתח צומת שלב סינכרוני (SR)DS_SR1 ו- VDS_SR2) חשים לנהוג ב- MOSFET בשלב SR. ה- MOSFET V.DS חישה (מתח ניקוז מקור) ואלגוריתם הבקרה מוסבר להלן.
רשת החישה מורכבת מדיודה מהירה וממשיכה נַגָד מחובר למתח האספקה של המיקרו-בקר (MCU) כפי שמוצג באיור 6. כאשר מתח הניקוז SR MOSFET נמצא מעל ה- MCU Vcc, הדיודה מוטה לאחור והמתח החושף נמשך עד ל- Vcc. כאשר מתח הניקוז נמוך מ- Vcc, הדיודה מוטה קדימה והמתח החוש שווה למתח זה בתוספת ירידת המתח של הדיודה הנותנת תזוזה חיובית. הזרם במהלך הטיה חיובית מוגבל על ידי הנגד המושך.
בתחילה דיודת הגוף של SR MOSFETs מתחילה לנהל ו- V.DS הוא חש. תודה ל- VDS טכניקת חישה מיושמת, כאשר המתח (V.DS) נופל מתחת לסף שנקבע (Vthreshold_ON - OFF מוגדר על ידי היקפי MCU DAC), תפוקת המשווה (קצה נופל) מפעילה את היקפי ה- MCU TIMER במצב דופק אחד שאינו ניתן להפעלה מחדש, כפי שמוצג באיור 7.
ה- MCU TIMER ההיקפי יוזם דופק לנהג שער תיקון סינכרוני תואם. הדופק מתקיים לזמן מינימלי מסוים (TON דקה).
כאשר המתח (V.DS) עולה מעל הסף שנקבע (Vthreshold_ON - OFF מוגדר על ידי ציוד היקפי MCU DAC), תפוקת המשווה (קצה עולה) מאפסת את ציוד היקפי MCU TIMER ובהתאם לכך הדופק נעצר במנהל שער התיקון הסינכרוני המתאים, כפי שמוצג באיור 7.
ה- MCU עוקב ברציפות אחר תדר שלב ההספק DC-DC (HB-LCC) ואת זרם הפלט. במקרה שהתדר עולה על סף מוגדר בהיסטרזה או שזרם המוצא נופל מתחת לסף מוגדר עם היסטריה, המיקרו-בקר (MCU) משבית את כונן השער לשלב תיקון סינכרוני. תודה לדיודת גוף MOSFETs לתיקון בשלב זה. כונן שער התיקון הסינכרוני מופעל כאשר התדר יורד מתחת לסף שנקבע עם היסטריה או שזרם המוצא עולה מעל הסף שנקבע עם היסטריה.
תלוי בתדר ההפעלה של שלב ההספק DC-DC (HB-LCC), הסף (V.threshold_ON - OFF) מותאם מטבלת המבט המאוחסנת ב- MCU.
תוצאות ניסיוניות
היעילות הכוללת, גורם הכוח (PF) והעיוות ההרמוני (THD) הכולל של STEVAL-LLL009V1 חושבו בעומסים שונים. עם עומס של 100%, היעילות היא מעל 93.5%.
איורים 8, 9, 10 ו -11 מציגים את ביצועי ערכת ההערכה במונחים הן בתצורת מתח קבוע (CV) והן בתצורת זרם קבוע (CC).
אספקת החשמל הנשלטת דיגיטלית המוצגת בעבודה הנוכחית יכולה לספק את תפוקת החשמל של 300W הן במצב מתח קבוע (CV) והן במצב זרם קבוע (CC). תוצאות הניסוי מראות יעילות גבוהה, גורם הספק קרוב לאחדות ו- THD% נמוך בתנאי מתח כניסה ועומס רחבים עקב הביצועים של מוצרי החשמל ST, כמו גם אסטרטגיות הבקרה המיושמות באמצעות מיקרו-בקר STM32F32 334 סיביות. לפרטים נוספים, אנא צרו קשר עם משרד המכירות של STMicroelectronics.