Bekalan Daya LED 2W AC-DC Berasaskan 300-Fasa Berdasarkan Topologi LCC

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penukar resonan menjadi lebih popular dan banyak digunakan dalam pelbagai aplikasi seperti pelayan, telekomunikasi, pencahayaan dan elektronik pengguna. Salah satu ciri menarik yang menarik ialah resonan Penukar dengan mudah dapat mencapai kecekapan tinggi dan
membenarkan operasi frekuensi tinggi dengan jarak sihir lembut lembut intrinsik mereka. Makalah ini menyoroti bekalan kuasa 300W yang menampilkan kawalan digital penukar resonan LCC setengah jambatan bersama dengan pembetulan segerak.

STEVAL–LLL009V1 yang ditunjukkan dalam Rajah 1, ialah bekalan kuasa 300W yang dikawal secara digital. Bahagian utama membentuk PFC dan DC-DC peringkat kuasa (penukar resonan LCC separuh jambatan) manakala bahagian kedua membentuk pembetulan segerak dan mikropengawal STM32F334. Peringkat kuasa DC-DC (penukar resonan LCC separuh jambatan) dan pembetulan segerak keluaran dikawal secara digital menggunakan mikropengawal STM32F334, manakala peringkat pembetulan faktor kuasa (PFC) berfungsi dalam mod peralihan berdasarkan L6562ATD.

Kit penilaian boleh berfungsi secara berterusan voltan Mod (CV) atau mod arus berterusan (CC) sesuai keperluan. Litar perlindungan pantas di atas kapal menjamin semua ciri perlindungan penting dengan kebolehpercayaan yang tinggi. Prestasi kit penilaian yang dikembangkan telah dinilai di bawah rangkaian AC mulai dari (270-480V) sepanjang keseluruhan julat beban. Parameter kualiti daya berada dalam had yang boleh diterima standard harmonik IEC 61000-3- 2.

PENGENALAN

Penyelesaian yang dicadangkan menggunakan pendekatan kawalan penukaran digital daripada reka bentuk standard berdasarkan IC analog. Kelebihan utama kawalan digital adalah fleksibiliti pengaturcaraan untuk menyesuaikan parameter dan titik operasi dengan cepat, untuk keadaan tertentu, tanpa modifikasi HW, sedangkan kawalan analog hanya dapat disetel untuk jarak tertentu. Ciri canggih seperti kaedah peredupan (analog atau digital), kawalan peredupan (0- 10V, komunikasi tanpa wayar), resolusi peredupan, suhu
pemantauan, pelbagai perlindungan, dan fungsi komunikasi cenderung jauh lebih efektif dari segi biaya kerana dapat dilaksanakan oleh satu orang IC dan lebih mudah dilaksanakan menggunakan teknik digital berbanding kawalan analog. Selain itu, kawalan digital menjamin kestabilan lebih banyak daripada analog dalam keadaan bising: penyelesaian yang dikendalikan secara digital kurang sensitif terhadap toleransi komponen, variasi suhu, dan arus voltan.

GAMBARAN KESELURUHAN SISTEM

Kit penilaian STEVAL-LLL009V1 menukar voltan masukan utama AC 270 V hingga 480 V menjadi 48 V DC, 6.25 Arus maksimum dalam mod voltan malar (CV) sementara dalam mod arus tetap (CC) ia dapat menyampaikan arus 6.25 A dengan voltan keluaran antara 36 - 48V. Kit penilaian boleh dikonfigurasikan dalam mod CV atau mod CC dengan menggunakan suis togol SW1 yang dipasang pada papan kuasa utama.

Tahap daya DC-DC disebut sebagai ground primer sementara mikrokontroler disebut sebagai ground menengah. Terima kasih kepada pemacu gerbang separuh jambatan STGAP2DM yang terpencil secara galvanik yang mendorong tahap kuasa DC-DC mosfet dengan isyarat kawalan yang datang dari mikrokontroler.

Gambar 2 menunjukkan gambarajah blok kit penilaian STEVAL-LLL009V1 yang merangkumi topologi dan komponen yang digunakan untuk bahagian yang berbeza.

Pada kit penilaian, terdapat penyediaan input 0-10V untuk mengawal kecerahan LED. Kawalan peredupan 0-10V hanya berlaku apabila kit penilaian dikendalikan dalam mod arus tetap (CC). Pendekatan peredupan analog dilaksanakan dalam kit penilaian STEVAL-LLL009V1 dengan resolusi semasa 1%.

Kad anak perempuan dengan penguat terpencil berfungsi untuk tujuan penginderaan voltan output PFC yang juga voltan masukan ke tahap kuasa DC-DC.

Tahap PFC berdasarkan MDmesh^TM Kuasa K5 mosfet sementara jambatan separuh penukar LCC berdasarkan MDmesh^TM DK5 Power MOSFET untuk prestasi kecekapan tinggi. Pembetulan segerak (SR) dengan STripFET^TM F7 Power MOSFET digunakan pada bahagian sekunder untuk mengurangkan kehilangan konduksi.

Kit penilaian dilengkapi dengan peruntukan keselamatan menyeluruh seperti terbuka litar, litar pintas, perlindungan arus resonan, input tahap kuasa DC-DC di bawah perlindungan voltan dan voltan lebih.

Kedua-dua bahagian primer dan sekunder dibekalkan oleh litar flyback luar talian berdasarkan VIPer267KDTR yang memberikan voltan terkawal ke papan kawalan, IC pemandu gerbang dan litar penyekat isyarat.

Hasil eksperimen menunjukkan kecekapan tinggi, faktor daya hampir bersatu, dan THD% rendah di bawah voltan input dan keadaan beban yang luas kerana prestasi produk kuasa ST serta strategi kawalan yang dilaksanakan menggunakan mikrokontroler STM32F32 334-bit.

LCC RESONANT CONVERTER

Tahap kuasa DC-DC menukar voltan keluaran PFC ke voltan keluaran yang diingini. Terdapat pelbagai topologi yang boleh digunakan untuk penukaran DC-DC terutamanya penukar resonan LLC dan penukar resonan LCC dan lain-lain. Setiap topologi mempunyai kelebihan dan kekurangan tersendiri. Aplikasi seperti pengecas bateri dan pencahayaan LED mungkin memerlukan tahap daya DC-DC terpencil mereka untuk menangani julat voltan input atau output yang luas. Mengingat syaratnya, topologi resonan LCC setengah jambatan dilaksanakan pada tahap daya DC-DC STEVAL-LLL009V1 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Dalam STEVAL-LLL009V1 selari kapasitor C_p disambungkan ke sekunder pengubah. Akibatnya, kapasitansi parasit dari pembetulan segerak dan induktansi kebocoran pengubah menjadi bahagian tangki resonan.

Voltan keluaran PFC mengenakan kapasitor pukal, untuk menghasilkan DC-BUS yang stabil. MOSFET konfigurasi jambatan separuh beralih untuk menghasilkan bentuk gelombang voltan persegi antara GND dan DC-BUS. Voltan kuasa dua dikenakan pada litar tangki resonan LCC yang terdiri daripada kapasitor C_r, kapasitor C_p (diletakkan di peringkat menengah), Peraruh L_r dan pengubah pengasingan.

Jambatan separuh daripada MOSFET/suis voltan tinggi penukar salunan LCC didorong dengan kitaran tugas PWM 50 peratus dan masa mati yang sesuai. Oleh kerana arus tangki resonan sinus yang lebih kurang sentiasa ketinggalan bentuk gelombang voltan (rantau induktif) seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4, MOSFET kapasitans keluaran mempunyai masa untuk dilepaskan semasa masa mati sebelum menghidupkan seterusnya, dan mencapai pensuisan voltan sifar (ZVS). Kawalan frekuensi pensuisan PWM digunakan untuk mengawal perolehan voltan tangki resonan dan mengekalkan penukar di kawasan induktif. Ini membolehkan ZVS ke atas keseluruhan julat operasi dan mengurangkan kehilangan pensuisan.

Jadual 1: Penukar Resonan LCC vs LLC

Keuntungan penukar resonan LCC setengah jambatan dalam kit penilaian telah dianalisis menggunakan kaedah analisis harmonik asas (FHA).

Berdasarkan persamaan perolehan yang diperoleh menggunakan kaedah FHA dan parameter LCC yang dipilih untuk penukar resonan LCC setengah jambatan dalam kit penilaian STEVAL-LLL009V1, plot antara penguatan dan dinormalisasi ditunjukkan pada Gambar 5.

PENGAKUAN SINCHRONOUS (SR)

Di sisi sekunder transformer yang ditunjukkan dalam Rajah 3, bentuk gelombang voltan input diperbaiki oleh penyearah segerak dalam konfigurasi jambatan penuh dan dilicinkan oleh kapasitor output. Tahap pembetulan segerak dikendalikan secara digital oleh mikrokontroler STM32F334.

Voltan simpul tahap pembetulan segerak (SR) (V_{DS_SR1} dan V_{DS_SR2}) didorong untuk mendorong MOSFET tahap SR. The MOSFET V_DS Penginderaan (Drain-Source voltage) dan algoritma kawalan dijelaskan di bawah.

Jaringan penginderaan terdiri dari diod cepat dan pull-up Perintang disambungkan ke voltan bekalan mikrokontroler (MCU) seperti yang ditunjukkan pada Rajah 6. Apabila voltan saliran SR MOSFET berada di atas MCU Vcc, dioda terbalik dan voltan yang dirasakan ditarik ke Vcc. Apabila voltan longkang berada di bawah Vcc, diod ke depan bias dan voltan yang dirasakan sama dengan voltan ini ditambah dengan penurunan voltan diod yang memberikan pergeseran positif. Arus semasa bias positif dibatasi oleh pull-up resistor.

Pada mulanya diod badan SR MOSFET mula melakukan dan V_DS deria. Terima kasih kepada V_DS teknik penginderaan dilaksanakan, ketika voltan (V_DS) jatuh di bawah ambang yang ditetapkan (V_{ambang_ON - MATI} ditetapkan oleh MCU DAC periferal), output pembanding (jatuh tepi) memicu periferal MCU TIMER dalam mod satu pulsa yang tidak boleh ditarik balik seperti yang ditunjukkan pada Rajah 7.

Periferal MCU TIMER memulakan denyut ke pemacu gerbang pembetulan segerak yang sesuai. Nadi bertahan untuk masa minimum tertentu (T_ON min).

Apabila voltan (V_DS) meningkat di atas ambang yang ditetapkan (V_{ambang_ON - MATI} ditetapkan oleh MCU DAC periferal), output pembanding (tepi naik) mengatur semula periferal MCU TIMER dan dengan itu nadi dihentikan pada pemacu gerbang pembetulan segerak yang sesuai seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.

MCU secara berterusan memantau frekuensi tahap daya DC-DC (HB-LCC) dan arus keluaran. Sekiranya frekuensi melebihi ambang set dengan histeresis atau arus keluaran jatuh di bawah ambang set dengan histeresis, mikrokontroler (MCU) mematikan pemacu gerbang ke tahap pembetulan segerak. Terima kasih kepada diod badan MOSFET untuk pembetulan pada peringkat ini. Pemacu gerbang pembetulan segerak akan diaktifkan apabila frekuensi jatuh di bawah ambang set dengan histeresis atau arus keluaran naik di atas ambang set dengan histeresis.

Bergantung pada frekuensi operasi tahap kuasa DC-DC (HB-LCC), ambang (V_{ambang_ON - MATI}) sedang diselaraskan dari jadual carian yang disimpan di MCU.

KEPUTUSAN eksperimental

Kecekapan keseluruhan, Faktor Daya (PF), dan Penyimpangan Harmonik Total (THD) STEVAL-LLL009V1 telah dikira pada beban yang berbeza. Dengan muatan 100%, kecekapannya melebihi 93.5%.

Gambar 8, 9, 10 dan 11 menunjukkan prestasi kit penilaian dari segi konfigurasi voltan malar (CV) dan arus tetap (CC).

Bekalan kuasa yang dikawal secara digital yang ditunjukkan dalam karya semasa dapat memberikan output kuasa 300W baik dalam mod voltan tetap (CV) dan arus tetap (CC). Hasil eksperimen menunjukkan kecekapan tinggi, faktor daya hampir bersatu, dan THD% rendah di bawah voltan input dan keadaan beban yang luas kerana prestasi produk kuasa ST serta strategi kawalan yang dilaksanakan menggunakan mikrokontroler STM32F32 334-bit. Untuk maklumat lebih lanjut, sila hubungi pejabat jualan STMicroelectronics.