توفر تقنيات وضع التوصيل المتقطع المتغير التردد (DCM) المستخدمة في عائلة HiperPFS-5 لمحول تصحيح معامل القدرة (PFC) من تكامل الطاقة عددًا من الفوائد المهمة في تقليل حجم حلول PFC الفعالة. تعد HiperPFS-5 ICs أيضًا أول استخدام لمفاتيح الطاقة PowiGaN لتقليل خسائر التوصيل ، جنبًا إلى جنب مع تبديل الوادي ، مما يوفر كفاءة PFC أكبر من 98 ٪ عند 240 واط.
تستخدم دارات DCM PFC التقليدية خوارزمية تحكم بالتردد الثابت لتوفير PFC حيث يتم استخدام التحكم في الوقت المحدد لتنظيم الإخراج. يختلف نهج DCM المستخدم في HiperPFS-5 ICs في تردد التبديل مع جهد الدخل والحمل ، وكذلك عبر كل دورة تبديل. تم تحسين الخوارزمية لتصبح الوضع الحرج (CrM) عند أدنى جهد دخل وحمل كامل ، وتتحول بشكل مطرد إلى انقطاع مستمر مع زيادة الجهد (و / أو انخفاض الحمل).
كيف يعمل تحكم DCM متغير التردد على تعزيز التيار أنا(ر) لضمان تحقيق عامل القدرة الجيد (PF)؟
يوضح الرسم البياني في الشكل 1 العلاقة بين المدخلات والمخرجات في DCM.
يمكن وصف دورة العمل (في DCM) على النحو التالي:
استخدام دdcm(ر) من المعادلة 2 في المعادلة 1 ، نحصل على:
إذا افترضنا أن المدخلات جيبية ، فيمكننا التعويض أنافي(جذر متوسط التربيع) ل أنا(ر) لإنشاء تعبير لتيار الإدخال:
إذا تأكدنا من ذلك د0 يظل ثابتًا خلال دورة التبديل ، ثم سيتتبع التيار الجهد وستكون PF وحدة. لتحديد د0:
من أجل الكفاءة ƞ:
إعادة الترتيب:
باستخدام قيمة دورة العمل هذه في المعادلة 2:
لدينا تعبير يربط دورة العمل بالتردد والحمل والجهد اللحظي للإدخال. من خلال رسم بياني لهذه الوظيفة لتوفير مقارنة بين تردد التبديل مقابل جهد الدخل عبر نصف دورة تيار متردد (حمولة كاملة) ، نرى ملف تعريف تردد فريدًا (الشكل 2).
يمكن إنشاء مجموعة مماثلة من المنحنيات عن طريق تتبع الحمل عبر دورة (VAC ثابت – في الشكل 3 ، نفترض 115 VAC). شكل هذه الموجات على الكفاءة عبر الحمل مهم. لديهم أيضًا آثار على حجم محث التعزيز و EMI.
يُظهر قياس أشكال الموجة الفعلية مقارنة بهذه المتطلبات النظرية كما تم تنفيذها في HiperPFS-5 تطابقًا جيدًا في الشكل الحالي (الشكل 4).
ينتج عن هذا PF أكبر من 0.96 من حمولة 20٪ إلى حمولة كاملة.
صيغة واحدة للحكم عليهم جميعا
التقليل من حث التعزيز
يتم وصف محاثة التعزيز المطلوبة لتشغيل CrM و DCM من خلال:
يتم حساب الحد الأدنى المطلوب لمحاثة التعزيز عند الخامسINMIN (90 فولت تيار متردد في التطبيقات النموذجية) والحمل الكامل باستخدام المعادلة 5.
إن دور تبديل التردد في تقليل محاثة التعزيز مفهوم جيدًا. في دوائر PFC العملية ، يجب أن يعمل تردد التبديل بين حوالي 20 كيلوهرتز و 140 كيلوهرتز. يحد نطاق التردد هذا من خسائر التبديل ، ويتجنب مشكلات EMI حيث يقترب تردد التبديل من EN55015 ديسيبل-ميكرو فولت في حدود 150 كيلو هرتز ويقلل الضوضاء المسموعة (الأكثر انتشارًا أقل من 20 كيلو هرتز). تعمل دوائر CrM عند أدنى تردد عند أدنى جهد خط (الشكل 5). هذا هو المكان الذي نحد فيه من الحد الأقصى لتردد التبديل في تصميم عملي.
في الشكل 2 ، نرى أن خاصية 90-VAC (التتبع الأسود) لنهج DCM متغير التردد تكون بأقصى قيمة في ذروة موجة الإدخال (عندما يكون تيار الإدخال أعلى). هذا يعني أن نهج DCM سيخلق حلاً بأقل حد أدنى بكثير من الحث. في مقارنة تصميم عملية ، نرى انخفاضًا بمقدار ثلاثة أضعاف في المحاثة المطلوبة:
- تم حساب محاثة التعزيز HiperPFS-5 عند Fس ينتج عن = 80 كيلو هرتز تحريض دفع 150 ميكرومتر.
- الوضع الحرج PFC محسوب عند Fس ينتج عن ~ 20 كيلو هرتز كحد أدنى (عند π / 2) تحريض دفع 450 μH.
تقليل EMI
يوصف تبديل التردد المتغير في الشكل 2 (والذي يظهر أيضًا في CrM في الشكل 4) على أنه تبديل طيف الانتشار. من خلال التغيير المستمر في تردد التبديل عبر كل دورة خط ، تنتشر EMI عبر حزم تردد متعددة ، مما يقلل من فترات الذروة ويجعل من السهل تلبية المعيار.
كفاءة عالية عبر الحمل
في الشكل 3 ، نرى أن التردد ينخفض مع انخفاض الحمل. انزلاق التردد هو المصطلح المستخدم لوصف هذه الميزة ويقلل من فقدان التبديل مع انخفاض الحمل (بطريقة مماثلة لدوائر التحكم في التشغيل والإيقاف) ، مما يضمن بقاء الكفاءة عالية عبر نطاق الحمل. هذا مهم للأجهزة والتطبيقات الصناعية والمعدات التي تحكمها معايير PC 80 Plus ، حيث يتم قياس الكفاءة عبر نطاق الحمل. في تطبيقات USB PD و USB 3.1 عالية الطاقة وسريعة الشحن ، تراعي متطلبات كفاءة المحول أيضًا الأداء عبر نطاق التحميل. يوضح الشكل 6 أداء دائرة HiperPFS-5 (جزء من التصميم المرجعي PI DER ‑ 672) فيما يتعلق بالكفاءة عبر الحمل.
يضمن التحكم في DCM ذو التردد المتغير المستخدم في عائلة محولات الطاقة HiperPFS-5 كفاءة عالية وأقل حجم محث محفز. يضمن استخدام PowiGaN لمفتاح التعزيز ، جنبًا إلى جنب مع تبديل الوادي (موضوع لمقال آخر) ، أن توفر العائلة كفاءة أكبر من 98٪ عند حمل 250 واط – أعلى بكثير مما يمكن توقعه من تصميم DCM PFC التقليدي.
لمزيد من المعلومات حول عائلة HiperPFS-5 من الدوائر المتكاملة لتحويل الطاقة ، قم بزيارة موقع ويب Power Integrations.
اكتشاف المزيد من مجلة الإخلاص
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
