Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Farzanehfard,Ehsan Adib
حسین فرزانه فرد (استاد راهنما) احسان ادیب (استاد مشاور)
 
STUDENT
Amin Asghari
امین اصغری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

New Driving Schemes and ZVT Power Circuit for Synchronous Buck Converter in Low and Medium Voltage applications
Conduction losses of conventional rectifiers are noticeable in low and medium voltage converters. To decrease the conduction losses, a synchronous rectifier (SR) which is basically a semiconductor switch is used instead of the freewheeling diode. However, a semiconductor switch can only be turned on and off by a proper gate drive signal. Also, the reverse recovery current of the SR body diode considerably increases both the switching losses and the electro-magnetic interference (EMI). A synchronous buck converter is usually the proper choice for low and medium voltage converters. By applying zero-voltage transition (ZVT) techniques, a time gap would be created between the conduction time of the main switch and the diode. Thus, the losses related to the reverse recovery time of the SR body diode are significantly reduced. Also, among the various SR driving techniques, the voltage-driven method is the proper choice for the ZVT synchronous buck converters. In this dissertation, a synchronous rectifier driving circuit based on voltage-driven method is adapted to ZVT synchronous buck converters. Also, a novel SR driving circuit with energy recovery is proposed. Both proposed SR drivers generate the driving signal according to the SR voltage polarity without using any external control signal. Also, these drivers can turn off the SR with delay and keep the SR on after its drain source voltage becomes positive. In this dissertation, a new ZVT synchronous buck converter is also introduced. The proposed ZVT converter is capable of operating at low and medium voltages. In this converter, soft switching conditions are provided for all switches and the reverse recovery losses associated with the SR body diode are eliminated. Also, the auxiliary switch does not require an isolated gate drive signal. The proposed driving circuits and the converter are introduced and the theoretical analyses are presented in the dissertation. Design considerations of each circuit and the simulation results are provided. Prototypes of the driving circuits and converters are implemented and the experimental results are presented to verify the theoretical analysis. Key Words Synchronous Buck Converter, Low Voltage Converter, Synchronous Rectifier (SR), Voltage-Driven Method, Zero-Voltage Switching (ZVS), Zero-Voltage Transition (ZVT) Technique.
امروزه استفاده از مبدل ها با ولتاژ خروجی پایین و متوسط در تجهیزات قابل حمل، کامپیوترهای با کارایی بالا و سیستم های مخابراتی توان بالا در حال افزایش می باشد. از این رو، بهبود بازده تبدیل و چگالی توان این مبدل ها مورد توجه قرار گرفته است. تلفات هدایتی یکسوسازهای متداول در مبدل های ولتاژ پایین و متوسط قابل ملاحظه می باشد. برای کاهش تلفات هدایتی، یکسوساز همزمان (SR) که یک کلید نیمه هادی است، جایگزین دیود مبدل می گردد. یک کلید نیمه هادی، برای روشن و خاموش شدن، به سیگنال راه انداز نیاز دارد. همچنین به طور معمول، زمان بازیابی معکوس دیود بدنه یک کلید نیمه هادی زیاد است و لذا استفاده از SR می تواند به طور قابل ملاحظه ای تلفات کلیدزنی و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را افزایش دهد. مبدل باک با یکسوساز همزمان که مبدل باک سنکرون نامیده می شود به دلیل سادگی و نداشتن ترانسفورمر، به طور وسیع برای کاربردهای ولتاژ خروجی پایین و متوسط به کار گرفته می شود. این رساله، در جهت بهبود عملکرد مبدل باک سنکرون، بر روش های راه اندازی یکسوساز همزمان و همچنین روش های کلیدزنی نرم آن ها متمرکز شده است. در میان روش های کلیدزنی نرم متعدد، روش های گذر در ولتاژ صفر (ZVT)، با ایجاد یک فاصله زمانی بین زمان هدایت کلید اصلی و دیود بدنه SR، می توانند تلفات مربوط به زمان بازیابی معکوس دیود بدنه SR را به شکل چشمگیری کاهش دهند. در میان روش های راه اندازی یکسوساز همزمان، روش راه انداز مبتنی بر ولتاژ به علت قابلیت به کارگیری برای مبدل باک سنکرون ZVT و همچنین عدم نیاز به ترانسفورمرهای کمکی، یک گزینه مناسب برای این مبدل می باشد. در این رساله، یک مدار راه انداز یکسوساز همزمان بر مبنای روش راه انداز مبتنی بر ولتاژ برای مبدل های باک سنکرون ZVT تطبیق داده می شود. همچنین، یک مدار راه انداز یکسوساز همزمان با قابلیت بازیابی انرژی معرفی می گردد. این مدارها، سیگنال راه انداز را بر مبنای علامت ولتاژ SR و بدون استفاده از سیگنال کنترل مبدل، تولید می کنند. در این طرح های یکسوسازی همزمان، کلید SR می تواند بعد از مثبت شدن علامت ولتاژ درین-سورس همچنان روشن بماند و با مقداری تاخیر خاموش شود. در این رساله، یک مبدل باک سنکرون ZVT جدید نیز ارائه می گردد که قابلیت عملکرد در ولتاژهای خروجی پایین را دارا می باشد. در این مبدل، شرایط کلیدزنی نرم برای همه کلید ها فراهم شده و تلفات مربوط به بازیابی معکوس دیود بدنه SR حذف می گردند. همچنین، کلید کمکی به سیگنال راه انداز ایزوله نیاز ندارد. عملکرد مدارهای راه انداز و مبدل ارائه شده به طور کامل از لحاظ تئوری بررسی می شود و نتایج عملی برای تایید تحلیل های تئوری ارائه می گردند. کلمات کلیدی: 1- مبدل باک سنکرون 2- مبدل ولتاژ پایین 3- یکسوساز همزمان 4- روش راه انداز مبتنی بر ولتاژ 5- کلیدزنی نرم تحت ولتاژ صفر (ZVS) 6- روش گذر در ولتاژ صفر (ZVT)

ارتقاء امنیت وب با وف بومی