СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-1

В ВЕДЕНИЕ Стандарт 80 PLUS™ и экологическая программа Climate Savers Computing™ initiatives устанавливают очень жёст кие требования к энергоэффективнос ти источников питания. «Платиновый» уровень этих стандартов соответствует эффективности 90% при нагрузке 20% от номинальной, 94%при нагрузке 50% и 91% при полной нагрузке. Для того чтобы удовлетворить этим требованиям, некоторые разработчи ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2011 Источники питания компьютеров приближаются к «платиновому» уровню стандарта Публикуется с разрешения Texas Instruments (www.ti.com ) Михаэль О'Лафлин (Michael O'Loughlin) (США) В статье проводится сравнительный анализ двух методов управления синхронным выпрямителем мостового преобразователя со сдвигом фазы. Сравнивается их энергоэффективность. ки используют мостовые DC/DC пре образователи со сдвигом фаз и син хронным выпрямителем. В этом слу чае возможно достичь коммутации при нулевом напряжении (zero voltage switching – ZVS) первичных FET. Час то применяемый способ управления синхронным выпрямителем – исполь зование тех же сигналов управления, что и для первичных FET. Единственная проблема заключатся в «мёртвом времени», величина кото рого устанавливается исходя из необ ходимости достичь ZVS. В результате во время холостого хода оба ключа синхронного выпрямителя разомкну ты, но через диоды ключей протекает очень большой ток и энергоэффектив ность снижается. Цель настоящей статьи – предло жить различные временные диаграм мы работы синхронного выпрямите ля с целью уменьшить время проводи мости диодов и тем самым повысить эффективность всей системы в целом. Сегодня производится не очень мно гоШИМ контроллеров для управлении мостовымипреобразователямисосдви гом фазы, но ни в одном из них не пре дусмотрено управление синхронным выпрямителем (QEиQF). Используя та кие ШИМ контроллеры, разработчики вынуждены искать способ управления синхроннымвыпрямителемспомощью сигналов OUTA и OUTBШИМ контрол лера. Функциональная схема преобра зователя показана на рисунке 1. П РОБЛЕМЫ Режим ZVS с помощью ШИМ конт роллера достигается посредством за держки включения FET моста (QA, QB, QC, QD). Задержка ( t delay ) между вклю чением и выключением QA и QB син хронизируется с QE и QF и должна происходить одновременно, позволяя встроенным диодам ключей оставать ся в проводящем состоянии. Приведён ное ниже выражение даёт хорошую оценку потерям во встроенных диодах ключей QE и QF: P diode = P out / V out V D t delay f S , где V D – прямое падение напряжения на диоде; f S – частота коммутации. Чрезмерные потери мощности на диодах ( P diode ) ключей QE и QF могут происходить, если проектировщик стремится уложиться в требования «платинового» стандарта. На рисунках 1 и 2 детально показана работа преоб разователя. Сигнал OUTA управляет ключами QA и QF, а сигнал OUTB – ключами QB и QE. V 1 – напряжение на входефильтра L OUT –C OUT , а V QEd и V QFd – UCC2895 PWM OUTA V IN C IN R RE V QB d V QE d L S R S CS D1 CT + – + – OUTA QA D2 T1 D3 QB V QD d L OUT C OUT V OUT V1 QF QE V QF d QC QD OUTB OUTB OUTB OUTA OUTC OUTC OUTD OUTD Рис. 1. Мостовой преобразователь со сдвигом фаз, модифицированный для управления синхронным выпрямителем OUTA = V QA g = V QF g t Delay t Delay t Delay OUTB = V QB g = V QE g OUTC = V QC g OUTD = V QD g V QE d V QF d On Off 0 B 0 B V1 Диоды ключей QE и QF проводят ток во время задержки между включением ключей QA и QB моста Рис. 2. Временная диаграмма работы схемы, изображённой на рисунке 1 © СТА-ПРЕСС