Беглый обзор топологий конверторов (продолжение)

Продолжение предыдущей статьи.

TLC
Трехуровневые конверторы.
Как я уже писал, это не одна топология, скорее целый класс топологий. Помимо формы выходного напряжения их объединяет последовательное соединение двух или более базовых топологий (мостов или полумостов), что позволяет снизить напряжение на каждом из ключей. Публикаций на тему таких топологий есть немало, варианты самые разнообразные. Из свежего имеет смысл отметить приведенные ниже топологии.
Первая:

Подробно описана тут. В качестве сигналов управления в этой схеме используется фазовый сдвиг, первую пару составляют ключи S1 и S4 (внешние), вторую — S2 и S3 (внутренние). Особенность этой схемы — адаптивная дополнительная (пассивная) схема поддержания режима ZVS. Благодаря ей топология достигает ZVS вплоть до нулевой нагрузки.

Вторая:

Подробное описание тут.
Эта схема управляется двумя PWM сигналами, один для верхней пары, второй для нижней. Схема позволяет получить ZVS в широком диапазоне нагрузок. У этой схемы, не смотря на внешнюю простоту, много мелких, но весьма интересных нюансов. Во-первых, для поддержания баланса напряжения (как в средней точке, так и на блокирующем конденсаторе) используется независимое формирование PWM сигналов в комбинации с «подмешиванием» напряжений со средней точки и блокирующего конденсатора (в статье есть почти готовая схема и диаграммы напряжений схемы управления). Во-вторых, используются интегрированные (то есть намотанные на том же сердечнике) индуктивности выпрямителя (который тут сделан по схеме удвоения тока). В-третих, трансформаторов два, а не один. Каждый трансформатор можно считать как трансформатор для полумоста на половинную мощность. Наконец в статье предлагается схема для управлениями синхронным выпрямителем. В целом благодаря минимализму схемы и синхронного self-driven (то есть без внешнего драйвера) выпрямителя, схема позволяет получить весьма высокую эффективность, описанный в статье экспериментальный прототип мощностью 2.8 кВт (28V/100A) имеет пиковую эффективность 98.3% и эффективность при максимальной нагрузке 97.1%. Как правило прототипы описываемые в публикациях и имеющие сравнимые выходные токи редко перешагивают планку 95% в пике, так что это весьма и весьма достойный результат.

Третяя:

Описана тут. Авторы обзывают эту топологию series connected asymmetric half-brdidge (последовательно включенные асимметричные полумосты), но из-за внешней похожести я отнес ее в группу TLC. Эта топология так же весьма проста и, пожалуй, не уступит предыдущей в эффективности. Оба полумоста (верхний и нижний) управляются как асимметричный полумост, причем одними и теми же сигналами. При этом топология автоматически достигает баланса напряжений между конденсаторами делителя за счет того, что разделенный блокировочный конденсатор (Cb1 и Cb2) вместе с ключами образуют схему с переключаемыми конденсаторами, которая и выравнивает напряжения. Как и все предыдущие топологии эта достигает ZVS, правда тут работает только индуктивность рассеяния (скорее всего из-за простого выпрямителя со средней точкой).
Одна из отличительных особенностей топологии — она очень эффективно понижает напряжение. Максимальное напряжение на выходе пропорционально D*(1-D)*(Vin/N), что вдвое меньше, чем у полумоста.

Еще одна интересная топология

Двойной полумост.


Подробное описание тут.
Не смотря на внешнюю похожесть на обычный мост и управление сдвигом фазы, эта топология лишена его недостатков — в ней отсутствуют циркулирующие токи, а ZVS достижим во всем диапазоне нагрузок. Увы, эта топология имеет и существенный недостаток — ее коэффициент передачи регулируется в диапазоне 0.5-1, что не позволяет понижать напряжение на выходе до нуля. Проблема, в принципе, решается переходом в PWM режим управления, но это требует достаточно сложной схемы управления.
Вот еще одна вариация этой топологии:

Описана тут.
Обладает всеми достоинствами и недостатками предыдущей, но, как и в случае с TLC позволяет уменьшить напряжение прикладываемое к ключам. Описанный в публикации экспериментальный прототип 1.2кВт, 550В/48В, 50кГц конвертер сохраняет режим ZVS вплоть до 0.5% нагрузки, обладает высоким и весьма стабильным КПД — от 95% при 10% нагрузки, до ~98% от 30% до 100% нагрузки.

Продолжение следует...

UPDATE: добавил еще один вариант двойного полумоста.
  • +5
  • 10 сентября 2013, 01:21
  • evsi

Комментарии (1)

RSS свернуть / развернуть
Небольшое дополнение.
0
  • avatar
  • evsi
  • 10 сентября 2013, 22:43
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.