Skip to main content
SUPERVISOR
Jafar Ghaisari,Hossein Farzanehfard
جعفر قیصری (استاد مشاور) حسین فرزانه فرد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohsen Packnezhad
محسن پاک نژاد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Improved Zero Voltage and Zero Current Switching FullBridge PWM Converter
Certainly, an important part of every electronic equipment is the power supply. There are two types of power supplies, linear power supplies and the switch mode power supplies. Linear power supplies have high conducting loss which results in low efficiency. Therefore, application of linear power supplies is usually limited to low power cases which is cost effective to implement. In the switching power supplies, conducting losses are low and this type of power supplies can be used for medium and high power applications too. They operate in high frequencies ( which results in reduced size of magnetic elements such as transformers and output filter inductors. Many circuit topologies are introduced for switching power supplies. For high power applications, Full Bridge (FB) converter has received considerable attention. Usually FB converters are controlled using PWM (Pulse Width Modulation) or PS-PWM (Phase Shift PWM) techniques. The PWM controllers typically operate under hard switching, and the PS-PWM controller operates under soft-switching condition. oft-switching can be achieved by either ZVS (zero voltage switching) or ZCS (zero current switching). In the ZVS-FB-PWM converters, switches operate under zero voltage. Zero voltage at turn-on switching instances is achieved by using the transformer leakage inductor to discharge the output capacitance of switches, thus body diode of switches will conduct before turn-on instant. Zero voltage switching at turn off instant is achieved by applying snubber capacitors for switches. ZVS-FB-PWM is implemented without any extra components. So, it is very attractive for high-frequency applications where power MOSFETs are used as the power switches. However, these converters have several disadvantages. They operate with large circulating current during the freewheeling period which increases the conduction losses. Also, the ZVS range of leading and lagging legs are different. The ZVS range of lagging-leg switches is not wide enough unless the leakage inductance is large. This would cause duty-cycle loss and severe secondary parasitic ringing. Also, in this converter IGBTs are not usually applied for the lagging leg switches because of tailing current losses. If the lagging switches can operate under ZCS turn-off conditions, the leakage inductor can be minimized. So, the transfer of power is maximized and the effective duty cycle can be increased. In the ZVZCS-FB-PWM converters, the basic topology is the same as ZVS-FB-PWM converters with the auxiliary components or an auxiliary circuit being added to minimize freewheeling interval. Key Words Switching Power Supply, Soft Switching, Full Bridge, ZVS-FB-PWM, ZVZCS-FB-PWM, Active Clamp Circuit, Passive Clamp Circuit.
با توجه به حجم قابل ملاحظه منابع تغذیه در دستگاههای الکتریکی، کاهش حجم و وزن آنها یکی از مسایل مهم طراحی می‌باشد. در منابع تغذیه سوئیچینگ این فرایند با افزایش فرکانس سوئیچینگ انجام می‌شود. در فرکانسهای سوئیچینگ بالا، تلفات سوئیچینگ و نویز EMI افزایش می‌یابدکه باعث محدود شدن فرکانس کار می‌شود. روشهای سوئیچینگ نرم، راه حل مناسبی برای کاهش تلفات سوئیچینگ و نویز در فرکانسهای بالا هستند. اولین روش سوئیچینگ نرم اسنابرهای تلفاتی بودند که هر چند تلفات را از سوئیچ دور می‌کنند ولی کمکی به افزایش راندمان کل مدار نمی‌کنند. بعد از آن مبدلهای رزنانسی و شبه رزنانسی پیشنهاد شدند که تلفات سوئیچینگ مدار را کاهش می‌دهند ولی باعث پیچیدگی سیستم کنترل و افزایش استرس جریان و ولتاژ سوئیچها می‌شوند. اخیرا توپولوژیهای‌ متفاوتی‌ برای‌ مبدلهای‌ توان‌ و ولتاژ بالا، با کاهش‌ تلفات‌ سوئیچینگ‌ پیشنهاد شده‌ است‌. در این‌ میان‌ مبدلهای‌ تمام‌ پل ‌ZVS با کنترل ‌PWM بصورت‌ وسیعی ‌مورد استفاده‌ قرار می‌گیرند. این‌ مبدلها که‌ توسط تکنیک ‌PWM شیفت‌ فاز کنترل‌ می‌گردند از المانهای‌ پارازیتی‌ مدار شامل‌ سلف‌ نشتی‌ ترانسفورمر و خازن‌ پیوند سوئیچها استفاده‌ می‌نمایند تا شرایط ZVS را برای‌ سوئیچهای‌ فعال‌ فراهم‌ کنند. این‌ مبدلها مزایای‌ سادگی‌ کنترل ‌PWM و مشخصه‌های‌ سوئیچینگ‌ نرم‌ مبدلهای‌ رزنانسی‌ را دارا هستند در حالی‌ که‌ معایب‌ اصلی‌ این‌ مبدلهای ‌رزونانسی‌ را ندارند. اما مبدلهای ‌ZVS-FB-PWM با شیفت‌ فاز دارای معایبی از قبیل افزایش‌ تلفات‌ هدایتی‌، استرس‌ جریان‌ و ولتاژ سوئیچها، نوسانات ‌پارازیتی‌ دایودهای‌ یکسوکننده‌، بزرگ بودن اندوکتانس نشتی برای تضمین ایجاد شرایط ZVS، عدم استفاده بهینه از IGBTها هستند. برای غلبه بر عیبهای مبدلهای ZVS، مبدلهاZVZCS معرفی شده اند. در این مبدلها سوییچهای پیشفاز تحت شرایط ZVS و سوییچهای پسفاز تحت شرایط ZCS سوییچ می‌شوند. ZVS سوییچها به مانند مبدلهای قبلی است ولی ZCS سوییچها توسط مدار کمکی انجام می‌شود. در واقع در مبدلهای ZVZCS از یک مدار کمکی در ثانویه یا در اولیه استفاده می‌شود و وظیفه اصلی این مدار ریست کردن جریان اولیه و نگهداری جریان در وضعیت صفر، در مدت زمان هرزگردی است. این مبدلها شامل مزایا و معایبی بسته به نوع مدار می‌باشد. در مبدلهای ZVZCS تلفات ناشی از خاموش کردن سوئیچها نسبت به مبدلهای ZVS به خاطر تخلیه حاملهای اقلیت قبل از خاموش شدن، کمتر می‌شود. در این مبدلها حتی در شرایط بار سبک و اندوکتانس نشتی ترانس کوچک شرایط ZCSسوئیچهای شاخه پسفاز به راحتی فراهم می‌شود. بنابراین مبدلهای ZVZCSدر کاربردهایی با توان چند ده کیلو وات و فرکانس سوئیچینگ بالاتر از 100کیلو هرتز بکار گرفته می‌شوند. در این تحقیق به بررسی انواع مبدلهایZVS-FB-PWM و ZVZCS-FB-PWM که درسالهای اخیر معرفی شده‌اند با ذکر مزایا و چگونگی عملکرد پرداخته می‌شود. سپس جهت کاهش تلفات مدار کمکی مبدل ایده‌های جدید معرفی شده ‌است. در پایان نتیجه‌گیری و پیشنهادات برای ادامه کار بیان می‌شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی