Seminario 2008 Roberto

18/09/2008 Volpini Roberto 1









CIRCUITO DI POTENZAIl circuito di potenza, genera un’onda quadra simmetrica al 50%, a frequenza variabile, con un valore di tensione compreso tra 0 e +Vb.In realtà il PWM deve garantire un dead-time > 0, tipicamente 200/300ns, allo scopo non soltanto di evitare la cross-conduction nei mosfet M1 ed M2, ma anche per garantire la corretta sequenza operativa tipica di un convertitore LLC. (Fig. Vin 230V Vo 29V 9A)

Gate driver

dead-time


CIRCUITO DI POTENZALa frequenza di lavoro deve essere fissata tra un valore minimo (@P.out.max) ed un valore massimo (@P.out.min). In modo particolare la Fmax deve essere definita tenendo in considerazione la fase di start-up, dove il controllore, tramite l’aumento della frequenza di lavoro, permette di controllare la rampa di corrente al carico (soft-start).


CELLA RISONANTELa cella risonante è composta dai seguenti tre elementi:• la capacità Cr, oltre alla funzione di realizzare una cella risonante con Lr, nel range della frequenza operativa, permette anche di avere un mid-point al valore di tensione pari a VB/2, sostenendo così la tensione durante la conduzione di M2. Nelle normali condizioni operative la tensione ai capi di Cr vale VB/2, a questa tensione si somma un ripple con andamento sinusoidale ed ampiezza in funzione del valore di corrente richiesta dal carico • l’induttanza risonante Lr, ha funzione di realizzare insieme a Cr la cella risonante. Questo componente può essere integrato all’interno del trasformatore. La forma della corrente che attraversa Lr non è sinusoidale a causa della presenza di Lm.


CELLA RISONANTE•l’induttanza magnetizzante Lm, sostiene il flusso magnetico nel trasformatore, diversamente da altre tipologie simili, nel trasformatore risonante il valore dell’induttanza magnetizzante non è massimizzato ma fissato ad un valore determinato da λ (λ=Lr/Lm).A causa della corrente magnetizzante, di ordine non trascurabile, la forma d’onda della corrente su Lr risulta deformata in modo particolare a basso carico, quando la I Lr ha un valore paragonabile alla I Lm.

La corrente in Lr è funzione del carico e della frequenza di lavoro, mentre quella in Lm è funzione della sola frequenza di lavoro.


I LrI Lr

I Lm I Lm

TRASFORMATOREIl trasformatore in questo circuito è rappresentato come ideale e cioè privo degli elementi parassiti.Nella configurazione classica questo trasformatore ha un avvolgimento primario e due avvolgimenti secondari, configurati con presa centrale.Esiste anche la possibilità di realizzare un solo secondario, rettificando con un ponte di diodi, questa soluzione è poco usata a causa delle maggiori perdite di conduzione dei diodi al secondario.Gli elementi parassiti principali del trasformatore sono : l’induttanza dispersa, utilizzata appunto per realizzare Lr, la capacità parassita, che si somma alla Coss dei mosfet M1/M2, e la resistenza degli avvolgimenti.

MAGNETICA – Castelfidardo AN Autore : Roberto Volpini18/09/2008 Volpini Roberto 14

RADDRIZZATORE - CARICOIl circuito raddrizzatore è composto da due diodi, ed un condensatore di filtro.Non sono necessari ulteriori elementi di filtro (EMC escluse), come ad esempio l’induttore di blocco presente nei circuiti convertitori Forward, Push-pull, Half-Bridge o Full-Bridge. I diodi lavorano con una corrente praticamente sinusoidale ed una tensione di picco massima pari a 2*Vs. (Fig. es 29V 9A), il funzionamento ZCS assicura l’assenza di reverse-current nei diodi di uscita. Il carico può essere scollegato.


I D1I D2

Vrr D1 Vrr D2

I D1I D2

Vrr D1Vrr D2

PRINCIPIO DI PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO FUNZIONAMENTO DI UN CIRCUITO DI UN CIRCUITO

RISONANTE LLC (SRC)RISONANTE LLC (SRC)



Figura 1

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Ingresso Uscita Note

VB=320V Fr1=69kHz (frequenza di risonanza Lr)Lm=500uH Fr2=30kHz (frequenza di risonanza Lm)Lr=120uH =0,24 (rapporto Lr/Lm)Vo=29V Fn=1,20 (frequenza normalizzata Fsw/Fr)Io=9A n=5,33 (rapporto trasformazione)Fsw=83kHz n_real=5,93 (reale rapporto trasformazione)

M=0,999 (guadagno di tensione)


FASE 1 di 6

M1 = D1 = offM2 = D2 = onVRRD1 = 2*Vo (tensione inversa D1)

VLm = -n*Vo (Lm in. C.C. dinamico)

Cr & Lr = risonanza @ Fr1

Questa fase inizia quando la corrente in M2 diventa positiva e termina quando M2 è spento.

I M1I M2

ID1 I D2

I Lm

I Lr

V M2V Cr

Vg M2 Vg M1


FASE 2 di 6

M1 = D1 = offM2 = D2 = offVRRD1 = VRRD2 = 0M2Coss = caricato dalla cella risonante fino a VB.M1Coss = scaricato dalla cella risonante fino a 0M1BodyDiode = inizia la conduzione, l’energia fluisce verso VB.La corrente al carico è fornita dal condensatore Co.

Questa fase inizia quando M2 è spento e termina quando il gate M1 è acceso.

dead-time

I M1I M2

ID1 I D2

I Lm

I Lr

V M2V Cr

Vg M2 Vg M1


FASE 3 di 6

M1 = D1 = onM2 = D2 = offVRRD2 = 2*Vo (tensione inversa D2)

VLm = n*Vo (in. C.C. dinamico)

Cr & Lr = risonanza @ Fr1La corrente ILr fluisce attraverso la RDSon di M1 verso VB (M1 lavora nel 3° quadrante)

Questa fase inizia quando M1 è acceso e termina quando la corrente di Lr va a zero.

I M1I M2

ID1 I D2

I Lm

I Lr

V M2V Cr

Vg M2 Vg M1


FASE 4 di 6

M1 = D1 = onM2 = D2 = offVRRD2 = 2*Vo (tensione inversa D2)

VLm = n*Vo (in. C.C. dinamico)

Cr & Lr = risonanza @ Fr1La corrente su Lr fluisce da VB verso massa, attraverso la RDSon di M1.L’energia è fornita al carico attraverso VB.

Questa fase inizia quando la corrente in M1 diventa positiva e termina quando M1 è spento.

I M1I M2

ID1 I D2

I Lm

I Lr

V M2V Cr

Vg M2 Vg M1


FASE 5 di 6

M1 = D1 = offM2 = D2 = offVRRD1 = VRRD1 = 0M1Coss = caricato dalla cella risonante.M2Coss = scaricato dalla cella risonante fino a 0M2BodyDiode = inizia la conduzione.La corrente al carico è fornita dal condensatore Co.

Questa fase inizia quando M1 è spento e termina quando il gate M2 è acceso.

dead-time

I M1I M2

ID1 I D2

I Lm

I Lr

V M2V Cr

Vg M2 Vg M1


FASE 6 di 6

M1 = D1 = offM2 = D2 = onVRRD1 = 2*Vo (tensione inversa D1)

VLm = -n*Vo (Lm in. C.C. dinamico)

Cr & Lr = risonanza @ Fr1La corrente ILr fluisce attraverso la RDSon di M2, (M2 lavora nel 3° quadrante)L’energia in uscita è fornita attraverso la cella risonante.

Questa fase inizia quando M2 è acceso, termina quando la corrente nella cella risonate =0.

I M1I M2

ID1 I D2

I Lm

I Lr

V M2V Cr

Vg M2 Vg M1

ANALISI CRITICIA’ DI ANALISI CRITICIA’ DI UN CIRCUITO UN CIRCUITO

RISONANTE LLC (SRC)RISONANTE LLC (SRC)


ANALISI DEI PRINCIPALI PUNTI DI CRITICITÀ2.Definire con cura il valore della Fmax, al fine di garantire che, alla fase di start-up, durante la quale viene controllata la corrente di soft-start, tramite la frequenza Fstart, ci sia il margine opportuno3.Determinare con cura il valore della capacità parassita complessiva, data da Cp + Cstray, questo per garantire che il sistema soddisfi la condizione di ZVS. Infatti, il valore della corrente nella cella risonante, al turn-off di M1 deve essere > 0, questo per garantire il reset dell’energia residua nella capacità parassita complessiva. (questo vale anche per M2).


ANALISI DEI PRINCIPALI PUNTI DI CRITICITÀ2.Evitare che il sistema operi con frequenza di commutazione vicino alla frequenza Fr2 (risonanza Lm+Lr) perché in questa condizione pur mantenendo la condizione di ZCS si perde la condizione di ZVS, questo causa diversi fenomeni negativi:

• Hard switching di M1 ed M2, con perdite capacitive molto elevate.• Body diode M1 ed M2 reverse recovered, il dv/dt potrebbe eccedere

oltre le specifiche dei mosfet.• Spikes molto elevati nel mid-point che potrebbero causare la rottura

del controllore• La polarità del loop di feedback potrebbe cambiare da negativo a

positivo, con la perdita del controllo e la conseguente distruzione dei mosfet.



DESCRIZIONE DESCRIZIONE DELLE PRINCIPALI DELLE PRINCIPALI CARATTERISTICHE CARATTERISTICHE

DELLA NUOVA SERIE DELLA NUOVA SERIE ETDxxR ETDxxR



•Disposizione orizzontale : Disposizione orizzontale : questa soluzione è stata appositamente scelta, in alternativa a quella verticale, perché permette di avere migliori caratteristiche tecniche quali:eliminazione delle flange distanziali (Fig. 1), tipiche della soluzione verticale e necessarie per garantire l’isolamento tra Primario e Secondario, dove avviene l’attraversamento dei fili verso i terminali. Fig. 1


•Disposizione orizzontale :Disposizione orizzontale :migliore capacità di smaltimento del calore, grazie al canale che si realizza tra i gusci isolanti e gli avvolgimenti, eliminando nel contempo anche “l’effetto camino”, che in alcune condizioni produce un maggiore riscaldamento dell’avvolgimento posto nella parte superiore del rocchetto.

MAGNETICAMAGNETICA COMPETITORCOMPETITOR





disposizione dei terminali su due file, per un numero elevato di terminali, praticamente all’interno della superficie occupata dal nucleo.otto terminali per ogni singolo semi-avvolgimento, quattro terminali per l’ancoraggio dei fili di inizio e quattro per quelli di fine. Questo permette di ottenere saldature più sicure perché si può evitare l’ancoraggio multiplo su un singolo terminale.una maggiore distanza tra singole coppie di terminali, questo permette il passaggio di fili di sezione elevata o il parallelo di più fili.


FINE, GRAZIE PER L’ATTENZIONE!FINE, GRAZIE PER L’ATTENZIONE!

Date post:	21-Jul-2015
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