SMPS: měniče s fázovým posunem a plným můstkem

Fázově posunuté měniče s plným můstkem (PSFB) se používají ke snižování vysokého stejnosměrného napětí a k zajištění izolace v aplikacích se středním až vysokým výkonem (> 1000 W).

Měniče PSFB jsou podobné běžným DC-DC měničům s plným můstkem, ale s regulací fázového posunu. Plnomůstkový měnič s fázovým posunem může dosáhnout měkkého spínání fázovým posunem signálů hradla mezi spínači vedoucího a zaostávajícího ramene bez dalších obvodů. Proto lze snížit spínací ztráty a zvýšit účinnost.

Měnič PSFB se skládá ze čtyř výkonových elektronických spínačů (např. MOSFET nebo IGBT), které tvoří plný můstek na primární straně oddělovacího transformátoru, a diodových usměrňovačů nebo spínačů MOSFET pro synchronní usměrnění (SR) na sekundární straně. Parazitní kapacity (C₁, C₂, C₃, C₄) jsou zapojeny přes spínače a induktor zapojený do série s primárním vinutím transformátoru zdůrazňuje svodovou indukčnost vysokofrekvenčního transformátoru.

Noha s párovými spínači S₁ a S₂ jsou zapínány komplementárně s pracovním cyklem 50% s krátkou dobou nečinnosti. Totéž platí pro druhou nohu s dvojicí spínačů S₃ a S₄. Řídicí signál pro přepínání S₃ a S₄ je fázově posunut vůči signálu brány, aby se přepnul S₁ a S₂ aby byl umožněn přechod na nulové napětí (ZVS) a také aby bylo zajištěno, že primární napětí transformátoru je buď připojeno ke vstupu, nebo je zkratováno.

Když jsou diagonální spínače NA, Výkon se přenáší do zátěže přes sekundární stranu transformátoru.

Pokud jsou horní nebo dolní spínače obou ramen NA současně se na sekundár nepřenáší žádný výkon, protože na primáru je nulové napětí.

Po otočení příslušných diagonálních přepínačů OFF, primární proud protéká výstupním kondenzátorem příslušných tranzistorů MOSFET a způsobuje posunutí napětí na odtoku spínače směrem k opačné vstupní napěťové liště. To způsobí nulové napětí na tranzistoru MOSFET, čímž vznikne ZVS při jeho sepnutí. NA. To je možné, pokud indukční akumulační energie poskytuje dostatečný cirkulační proud pro nabíjení a vybíjení výstupního kondenzátoru příslušných MOSFETů.

Parazitní výstupní kondenzátor tranzistorů MOSFET a svodová indukčnost spínacího transformátoru se používají jako rezonanční obvod nádrže, aby se dosáhlo nulového napětí na tranzistoru MOSFET při přechodu do zapnutí.

Během přechodových intervalů se energie uložená v rezonanční indukční cívce využívá k nabíjení a vybíjení parazitních kapacit MOSFETu pro dosažení ZVS při zapnutí.

Unikající indukčnost transformátoru nemusí být nutně minimalizována, protože větší rezonanční indukčnost umožňuje ZVS ve větším rozsahu zatížení. K transformátoru lze dokonce přidat další svodovou indukčnost, aby se zvětšila velikost rezonanční indukčnosti.

V_ven/V_{na adrese} vztah

V_IN > V_OUT

Rozsah pracovního cyklu < 1

Výhody

• Vysoká účinnost: 90% až 95% při vysokých frekvencích
• Napěťové namáhání spínače omezeno na V_{na adrese}
• ZVS a nízké EMI
• Nevyžaduje další obvody snubberu ke snížení ztrát.
• Dvojnásobný výkon ve srovnání s polomůstkovou konstrukcí, vynikající volba pro síťové napětí EU (předregulátor PFC) s výstupním výkonem > 1 kW.

Nevýhody

• Duální pohon primárního hradla na vysoké straně
• Složitost obvodu
• Vysoký cirkulační primární proud pro ZVS
• Ztráta ZVS při malém zatěžovacím proudu

Aplikace

• Průmyslové nabíječky baterií
• Palubní nabíječky CAR
• Systémy obnovitelných zdrojů energie
• Telekomunikační usměrňovače
• Napájecí zdroje serverů

V našem závěrečný článek o SMPS, se podíváme na několik konstrukčních úvah, které je třeba mít na paměti při navrhování transformátorů SMPS.