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利用dsPIC33CK製作全橋相移峰值電流控制直流轉直流750W轉換器
 

【作者: 鄭世仁】   2019年09月23日 星期一

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隨著科技日新月異的時代,數位化切換式電源已廣泛地應用在不同市場中,而開關切換操作在不同切換頻率下,SiC MOSFET與GaN MOSFET各具有其優勢。且普遍二次側DC/DC架構多為全橋相移(PSFB)或串聯諧振(LLC) ,應用在伺服器 (server power)、EV充電樁、DC micro-grid system和個人電腦等設備上等。在當今交換式電源(SMPS)技術日漸成熟,不僅要考慮如何提高效率,且未來的發展趨勢如開關切換頻率提高、有效縮小被動元件體積,以期達到更高的功率密度。


Microchip因應客戶應用需求推出新系列產品dsPIC33CK/CH MP產品,並製作參考應用電路(demo board)提供客戶開發產品驗證。本文將探討如利用dsPIC33CK來實現峰值電流控制全橋相移轉換器,在負載快速變動下,提高系統響應速度,並可維持穩定的輸出電源。


下方圖(一)為全橋相移DC/DC直流-直流轉換器系統電路,並提供如何配置實現全橋相移轉換器Q1~Q6 PWM控制,電流檢測與峰值電流斜率補償的示意圖。'CK/CH'系列支持可配置電流斜率補償(不需要外部HW配置)。使用內置PDM+ DAC模塊做電流斜率補償。



透過圖(二)Microchip Digital Power PKPSFB converter (Peak Current Controlled Phase Shift Full Bridge) 開發板做驗證說明。此開發板利用dsPIC33CK MP系列實現PKPSFB 750W轉換器,二次側具有同步整流功能,並且支援過/欠電壓(OVP/UVP) 、過電流(OCP) 、過溫保護(OTP)與短路保護控制等。



在設計過程中我們利用Microchip MPLABR MindiTM類比模擬器作驗證。來達成理論與實作是吻合的,並可減少開發時間與除錯。以下我們來說明模擬與實作波形:


  • 圖(三)利用Microchip MPLAP Mindi模擬PKPSFB 750W的輸出電壓,開關Vgs波形與輸入電流波形。



  • 圖(四)為實際測試的PKPSFB 750W的輸出電壓,開關Vgs、Vds波形與輸入電流波形。我們可看出與模擬是吻合的達成理論與實作為基礎。


  • 圖(五)由波形可看出開關達成零電壓切換(ZVS),有效的減小開關切換損,不管在輕載或是重載都可達成ZVS,並且提高系統的轉換效率。



  • 圖(六)負載動態從負載的25% (15.625A) 到75% (46.875A),反之亦然。



    表(一)為系統效率,不同的DC電壓由380V~400V輸入,負載由10%~100%所量測的效率。由表可看出在系統效率負載由輕載至重載都高於90%,且最高效率在50%負載效率高達97.58%。



    本文所探討PKPSFB型轉換器,利用理論實作與模擬軟體分析,得到最佳化轉換器效率,藉由系統在輕載具由零電壓切換(ZVS) ,如表(一)可得到最高效率可高達97.58%。


    若有任何疑問,歡迎與我們經驗豐富的設計團隊聯繫,或參考官方網站:


    https://www.microchip.com/design-centers/intelligent-power


    作者 鄭世仁 Microchip應用工程師


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