Импульсные DC/DC преобразователи с квазирезонансными цепями формирования траекторий переключения и с частотным регулированием

Множество вариантов силовых цепей импульсных преобразователей можно доработать с целью уменьшения динамических потерь во время коммутации ключей посредствам организации резонансного колебания между точками разрыва. Хорошо известно, что в колебательном контуре и ток и напряжение периодически обнуляются. Соответственно, существуют два семейства квазирезонансных преобразователей (QRC) – с коммутацией при нулевом токе (ZCS-QRC) и при нулевом напряжении (ZVS-QRC). Время коммутации может быть уравнено либо с половиной периода колебания (в ZCS-1/2 и ZVS-1/2 схемах), либо с полным периодом (в ZCS-1 и ZVS-1 схемах).

Для регулирования выходных координат квазирезонансных преобразователей широко используется частотный способ. При этом в ZCS-схемах время включенного состояния ключа остается неизменным, а в ZVS-схемах неизменно время выключенного состояния ключа.

Импульсный стабилизатор напряжения с силовым ZCS-драйвером
(переключающимся при нулевом токе)

Процессы в силовой цепи импульсного стабилизатора напряжения с квазирезонансной цепью формирующей ZCS-траекторию переключения силового ключа сложны для понимания. Их несколько. Можно рассмотреть работу цепи в соответствии с принципом суперпозиции. С этой целью в цепь введен дополнительный диод, препятствующий протеканию тока от конденсатора фильтра Cн к конденсатору CR, входящему в колебательный контур формирования траектории переключения силового ключа. В результате при отключении нагрузки от источника частота преобразования стремиться к нулю. Перемещая ползунковый регулятор можно убедиться в этом. Техническая реализация частотного модулятора (ЧМ) со столь большим диапазоном изменения частоты – непростая задача. При удалении из силовой цепи диода, развязывающего LC-контуры, осциллограмма процесса преобразования энергии становится более сложной. Но силовой ключ, как и ранее, переключается по ZCS-траектории, а требуемый для управления диапазон девиации частоты сокращается до 2,5..4 крат (в зависимости от параметров фильтра преобразователя).

Чертеж 1

...

Импульсный стабилизатор тока с силовым ZVS-драйвером
(переключающимся при нулевом напряжении)

Особенность силовой цепи импульсного преобразователя с квазирезонансной цепью формирующей траекторию переключения силового ключа при нулевом напряжении (далее ZVS-QRC-преобразователь) такова, что его лучше использовать в режиме источника стабильного тока, а не напряжения.

Если ZVS-QRC-преобразователь используется в режиме источника тока, то с уменьшением сопротивления нагрузки: частота преобразования увеличивается, амплитуда пульсаций выходного тока уменьшается (сглаживающие свойства фильтра повышаются), амплитуда напряжения на закрытом ключе остается неизменной, так же как и время формирования траектории переключения.

Если ZVC-QRC-преобразователь используется в режиме источника напряжения, то с уменьшением сопротивления нагрузки: частота преобразования уменьшается, амплитуда пульсаций выходного напряжения увеличивается (сглаживающие свойства фильтра снижаются), амплитуда напряжения на закрытом ключе увеличивается, время формирования траектории переключения квазирезонансной цепью уменьшается.

Чертеж 2

Представленную на чертеже 2 схему можно перевести в режим стабилизации напряжения. С этой целью необходимо поменять сигнал обратной связи (использовать напряжение, а не ток нагрузки) и установить задающую величину не 1.5, а 5 ед.

...

Примечание. Поиск дополнительной информации о квазирезонансных преобразователях можно вести на сайтах фирм: Texas Instruments, Vicor, – используя ключевые слова или наименования семейств управляющих контролеров (Zero-Current-Switched Quasi-Resonant Converter; soft switching; UC3860; LD405, GP605, CS3805; MC34066, CS360).

29.12.2008