O caráter e design de conversor LCC ressonante para aplicações de corrente constante

0 Introdução

Melhorar a eficiência, LED de alta potência de alimentação da unidade de iluminação devem ser seleccionadas tendo um soft características de topologia de chaveamento ressonante, como o LLC ressonante conversor , LCC conversor ressonante e similares. No entanto, uma corrente conversor diferença característica LLC ressonância constante, resultando em diferentes driver de LED potência de saída devem ser concebidos individualmente, o conversor ressonante LCC ter uma característica atual boa constante, a constante de saída de corrente permanece, a tensão de saída pode estar em uma ampla gama de mudança interna. Escolha um conversor LCC ressonante como uma topologia de alimentação da unidade de iluminação LED de alta potência pode não só melhorar a versatilidade de poder LED de unidade diferente, mas também reduz o ciclo de custo de produção e desenvolvimento.

LCC atual topologia de alta tensão ocasiões amadurecer , a aplicação de iluminação LED de alimentação da unidade apenas em sua infância, engenheiros de energia nem métodos de design intuitivas e eficazes de alta potência foram encontrados empiricamente repetidamente forçado a substituir parâmetro elemento de ressonância, mesmo transformador sinuosas curvas, a fim de alcançar melhores resultados. Documento - método de criação aproximado é dado na primeira componente harmónica do conversor de ressonância é obtida tomando a tensão do lado primário e do transformador de corrente AC circuito equivalente ao ângulo de atraso e do ângulo de condução determina os parâmetros do ressonador. Mas esta abordagem a fórmula complexa derive, o processo de design não é intuitiva, os resultados experimentais mostram que a eficiência não é alta. Análise encontrada aqui LCC durante a operação transitória do conversor ressonante paralelo quando a capacitância ressonante condensador Cp muito menor do que o condensador em série ressonante Cr, o primário Np de enrolamento da tensão nos terminais do transformador é, aproximadamente, uma onda quadrada é ainda acima. FHA utilizando assim o método de análise para obter uma curva de ganho atual, e determinar o método apropriado da área de trabalho e os parâmetros do conversor são válidos usando uma curva de ganho de corrente.

conversor ressonante 1 meia-ponte funciona análise LCC

princípio conversor ressonante de meia-ponte LCC do circuito mostrado na Figura 1. A Figura 2 é um diagrama de circuito equivalente da LCC rede ressonante.

A figura 1 uma tensão de entrada Uin ponto de amplitude, a tensão de onda quadrada a um racio de actividade de cerca de 0,5, que é a primeira harmónica:

AC impedância do transformador lado primário é equivalente a:

Trabalhando de forma de onda LCC conversor ressonante mostrada na Figura 3, o processo de trabalho é descrita qualitativamente como se segue:

Antes momento t0, Q1, Q2 são em um estado desligado, Q1 é ligado no momento t0, o circuito de corrente ressonador IP não é zeragem, por Q1 para descarregar Uin, o caso negativo da tensão induzida do enrolamento primário do transformador NP " N", a tensão nos terminais do condensador ressonante paralelo CP é apertada uP -n (UO + VD). 4 a 7 COSS1, COSS1 de Q1, Q2 entre a capacitância parasita fonte-dreno.

tempo t1, a corrente do circuito ressonante para trás iP a zero, invertido e começou a aumentar, quando a paralela ressonante capacitância CP começa a descarregar, a tensão do enrolamento primário aumenta para cima, mas durante o período de tempo t1 ~ t2, acima de menos do que n (UO + VD), díodos rectificadores secundárias D3, D4 são no estado desligado.

Para tempo t2, a tensão através do condensador ressonante paralelo CP uP aumentada para n (UO + VD), um díodo rectificador secundário D3 começa a conduzir. No período t2 ~ t3, a tensão através do enrolamento primário NP é fixada ao n (UO + VD).

No tempo t3, Q1 é desligado tubo, Q1 começa a carregar COSS1 capacitância parasita, Q2 começa a descarregar o COSS2 capacitância parasita, um potencial ponto de gota. Quando o potencial do ponto A cai para 0, Q2 não tubo condutor, COSS2 é inversamente carregada de forma a que a tensão aumenta, obrigando o diodo corpo D2 está ligado, a tensão através do dreno de Q2 é fixada em VD2-TH, que Q2 é zero de tensão de abertura de preparação.

No tempo t4, VGS2 Q2 de um nível elevado, uma vez que o Q2 VDS é aproximadamente igual a zero (ignorando a tensão de díodo de condução corpo Q2), o tubo de MOS para alcançar ZVS, Q2 em um estado de condução inversa. Tempo de partida ponto t4, o conversor ressonante iniciar outra metade ciclo de trabalho, similar à operação de meio ciclo.

2 LCC rede ressonante ganho de corrente e ganho de tensão

LCC funciona pela análise, devido à presença do paralelo ressonante condensador CP, o enrolamento primário de tensão próximo do terminal a 50% do ciclo por não uma onda quadrada, e o transformador de corrente enrolamento primário NP INP pobre continuidade desvio padrão da forma sinusoidal. Mas a prática mostra que: análise FHA obtidos utilizando parâmetros de projeto de conversor LCC ainda são válidos (ignorando convertido para o primário do transformador distribuídos capacitância ). É evidente que a presença de duas frequências de ressonância da LCC rede ressonante, em que Lr, Cr frequência de ressonância série ramo:

curva de ganho de tensão de 2,1

ressonante da tensão de saída da rede LCC é definida como a razão entre a tensão de entrada up1 UA1 ganho de tensão modo da MU, o ganho de tensão é:

Em que a proporção da capacitância m = CP / Cr, normalizada de frequência X = FSW / fr, um factor de qualidade Q = rLr / Rac.

Obviamente, a frequência normalizada do X = 1, o ganho de tensão | MU | Xr = 1, e o peso da carga (Q valor de grandeza) independente. proporção da capacitância quando m = 0,1, o ganho de tensão | um MU | X, com uma tendência de variação de frequência normalizada, tal como mostrado na FIG.

Quando o conversor de LCC ressonante no modo de saída de voltagem constante (Uin, UO permanece inalterado), o mais pesado a carga, maior é o factor de qualidade Q.

8 mostra que quando as mudanças de carga, o ganho constante, uma grande variação FSW sua gama de frequência de utilização, conversor LCC ressonante tão raramente usados no modo de saída de voltagem constante.

2.2 curva de ganho atual

Como mostrado, o fluxo através da rede ressonante corrente de carga equivalente INP Rac UA12 da tensão de entrada de ganho de corrente é definida como a razão de MI, o ganho de corrente do molde:

Não tem nada a ver com a gravidade da carga. Quando a indutância rLr = 115,7 , a proporção da capacitância m = 0,1, o ganho de corrente | MI | X com uma tendência de variação de frequência normalizada, tal como mostrado na FIG.

Quando o conversor de LCC ressonante no modo de saída de corrente constante (Uin, IO permanece a mesma), (6) verifica-se pelo valor Q de uma expressão: em caso de sobrecarga, uma UO grande, o factor de qualidade Q menor. Mudanças na carga durante o ganho de corrente constante, a faixa de freqüência de operação FSW pequena, por isso LCC ressonante conversor apropriado para o uso na saída modo de corrente constante.

parâmetros de projeto conversor ressonante saída de corrente modo LCC 3 meia ponte

No desenho modo de saída do conversor LCC corrente constante, sabe-se que: a gama da voltagem de entrada Uin, a saída de corrente IO e uma tensão de saída UO da gama, a frequência de operação mínima do desejado operar FSW-min. Os parâmetros a serem determinadas são: uma série ressonante Lr indutor, uma série de ressonância condensador Cr, paralelo ressonante condensador CP, a relação de espiras do transformador n e semelhantes.

A seleção de uma área de trabalho 3.1 LCC conversor ressonante

2 visto a partir do circuito equivalente da FIG impedância de entrada da rede ressonante:

A ligação de fórmula (7), a linha que divide pode ser desenhada rede capacitivo indutivo ressonante e, como mostrado na FIG. 9, do lado esquerdo, uma rede ressonante é capacitivo, o lado direito é indutivo.

Como visto de entrada conhecido, a produção e a frequência mínima de comutação, um condensador ressonante paralelo CP | MI | min determinado, independentemente do valor de capacitância m.

A partir da análise acima, é necessário ter um compromisso entre eficiência e a faixa de variação de frequência, de modo que a eficiência do conversor maior faixa de freqüência não vai mudar muito. Quando as condições de entrada e de saída determinada corrente ganho | MI | min é também determinada, em ordem a reduzir o tamanho da CP, que é necessário para reduzir a curva de ganho de corrente que corresponde à frequência natural de ressonância da corrente de factor de ganho proporcional fornecida:

A fim de limitar o intervalo de variação da frequência de conversor, valores de K que varia geralmente entre 1,5 a 3,5. 9 trabalho área sombreada finalmente seleccionado mostrado na FIG.

3.2 determinar | MU | max e a relação de espiras do transformador n

Para assegurar que (Q máximo ganho de tensão curva) no caso em que a tensão de saída UO para alcançar uma tensão de entrada mínima desejada na tensão nominal, a potência de saída máxima, deve assegurar que a sobrecarga de ganho de tensão:

3.3 inicialmente determinada proporção capacitância m

Na determinação do valor de K e a relação de espiras n, visto a partir de Cr = CP / m: m de razão determina o tamanho da capacitância Cr, quanto maior for o valor de m, quanto menor for o Cr, Lr da eficiência maior do conversor para baixo, uma mudança de frequência Quanto menor o intervalo. LCC no modo de saída de corrente constante, a proporção da capacitância m e, geralmente, entre 0,01 a 0,05.

Pela fórmula (8), fórmula (15) pode ser obtido rLr indutância Lr correspondente à frequência de ressonância fr série.

3,5 cálculo do factor de qualidade mínima Qmin

Determinando transformador de relação de espiras N, a indutância rLr, LCC AC rede Rac resistência equivalente pela fórmula (2) pode ser obtido.

fator de qualidade mínima completa Qmin é:

3.6 Cálculo dos parâmetros fr ressonador frequência de ressonância série

A frequência de funcionamento mínima para um determinado trabalho fSW_min desejado, a frequência ressonante da série pode ser determinado como:

4 resultados experimentais

A fim de verificar a análise teórica e a exactidão do método de cálculo de parâmetros, um ensaio de um protótipo de 96 W, testando os seus parâmetros eléctricos, foram obtidos os seguintes resultados.

4.1 verificar a regularidade da área de trabalho

design de protótipo, sabe-se que: a tensão de entrada Uin de 360 ~ 410 V, a tensão nominal de entrada 395 V, a saída de corrente IO = 2 A, o intervalo da tensão de saída UO de 16 ~ 48 V; a frequência de funcionamento mínimo da operação desejado fSW_min = 60 kHz; a proporção da capacitância m = 0,02, a proporção de corrente de ganho K = 2,5.

Análise calculada pelos parâmetros precedentes obtido: quando o ganho de tensão máxima | MU | max = 0,9, a relação de espiras N = 3,33, Lr = 488 mH, Cr = 50 nF, CP = 1 nF, 10 outros parâmetros específicos dos parâmetros de controlo, como mostrado na FIG. Fig.

A figura 11 é uma frequência de comutação do conversor e a eficiência varia de acordo com diagrama de carga.

Visto a partir da FIG. 10 e FIG. 11, a tensão de saída do inversor quando a variação entre 16 ~ 48 V, a presença de 3 ~ 6 kHz erro do conversor de real valor calculado frequência de funcionamento, porque o processo de cálculo da análise, negligenciando o primário do transformador convertido capacitância distribuída.

A figura 12 é um diagrama de forma de onda dos respectivos nós conversor LCC ressonante.

Efeitos do transdutor capacitivo do que 4,2 m Tamanho

Na secção de entrada-saída de 4,1 e K = 2,5 é descrito condições, proporções diferentes de capacitância m, para obter os parâmetros tais como ressonador mostrado na Tabela 1, e a gama de variação de frequência de relação de eficiência de carga total.

Como pode ser visto a partir da Tabela 1, a capacitância aumenta à medida que a proporção de m, LCC ressonante da eficiência do conversor diminuiu, a razão é a de aumentar a CP e Lr. CP é aumentada, os ressonantes cavidade IP-rms rms corrente aumenta, aumentando o número de espiras da indutância LR é aumentado, as perdas de cobre aumenta.

Efeito de 4,3 valor de K do tamanho do conversor

Na Secção 4.1, e S = 0,02 m descrita condições nas diferentes valores de K, tais como parâmetro para dar ressonador mostrado na Tabela 2, e relacionamento gama de frequências de eficiência de carga total.

Como é evidente a partir da Tabela 2, o valor do valor de K diminui, a gama de variação da frequência é também reduzida. Se o valor K é feito muito pequeno, os CP aumenta, reduzindo a eficiência do conversor, se o valor de K é muito grande para se obter, Lr da indutância da bobina aumenta e o volume irá aumentar o número de voltas da indutância, resultando no aumento de perda também reduzida eficiência. Precisamos ajustar o tamanho do valor K na aplicação prática da situação real.

5. Conclusão

Desde necessidade LCC rede ressonante para o trabalho na área emocional, em seguida, a rede série ressonante consiste em Lr, Cr foi composta a ser emocional, de modo que o sentido da quantidade Lr LLC relativamente grande, a perda é maior e, portanto, mais eficiente do que a potência equivalente de LCC LLC ligeiramente inferior; a CP LCC configuração de circuito em paralelo através da decisão do enrolamento primário do transformador, o transformador não pode, portanto, utilizar o transformador magnético integrado.

LCC conversor ressonante desde boa constante característica atual, a freqüência de operação varia com carga pequena, de alta eficiência, tem uma perspectiva ampla aplicação no campo da constante de alta potência LED driver atual.

Referências

Panyong Xiong tecnologia de comutação da fonte de alimentação Xi'an: Xi'an Universidade de Ciência Eletrônica e Tecnologia Press, 2016.

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Aproximado Método de Análise SOCIALISTA Xieyun Xiang, Yuanzhao Mei, etc. conversor A alta frequência . Máquinas e Controle, 2011,15 (7) de carga: 44-49.

Informação sobre o autor:

Li Yong, Panyong Xiong, Chen Linhai, Caibing Li

(Escola de Física e optoeletrônicos Engenharia da Universidade Guangdong of Technology, Guangzhou 510006, China)