Convertidor de puente activo dual

Tengo problemas para calcular las pérdidas de potencia asociadas con el funcionamiento de un convertidor de CC/CC de puente activo dual aislado bidireccional. El convertidor se controla mediante modulación por cambio de fase (PSM). El convertidor se muestra a continuación. Hay 4 "interruptores" en cada puente (el interruptor aquí significa una combinación paralela de MOSFET, diodo antiparalelo y capacitor).

Convertidor de puente doble activo

El ciclo de conmutación se puede dividir en 4 intervalos principales, sin tener en cuenta las transiciones entre estos intervalos. Durante cada uno de estos 4 intervalos, conducen dos MOSFET en cada uno de los puentes. Durante las transiciones entre intervalos, ciertos capacitores y diodos también conducen. Para ilustrar la lógica detrás de esto, se proporcionan los siguientes diagramas y tablas. NB Los diagramas de circuitos están incompletos, sin embargo, los circuitos restantes que se han omitido siguen la misma tendencia indicada por los diagramas proporcionados.

Diagramas de circuito de ciclo de conmutación:

Circuitos de ciclo de conmutación incompletos

Corriente y voltaje durante los intervalos:

Corriente del inductor y voltajes del transformador

Mi objetivo es calcular las pérdidas de potencia en el convertidor durante un ciclo de conmutación.

Mi objetivo es que mi cifra de pérdidas totales incluya pérdidas en el núcleo, pérdidas por conducción de diodos y MOSFET y pérdidas por conmutación. En relación con la conmutación, la conmutación de voltaje cero puede ocurrir bajo ciertas condiciones, en cuyo caso las pérdidas de conmutación para la pregunta de conmutación se darán como cero.

Ahora para mi pregunta:

El diagrama de corriente y voltaje anterior solo muestra períodos en los que los MOSFET están conduciendo. En este caso ideal, entiendo que la pérdida por conducción sería simplemente el cuadrado de la corriente RMS por la resistencia del MOSFET en cuestión. Mi problema se relaciona con el período de tiempo durante el cual los diodos y los capacitores conducen durante el período de transición entre intervalos. Para calcular las pérdidas por conducción en los diodos, necesitaré identificar este período de tiempo.

¿Alguien puede explicar cómo calcular las pérdidas en los dispositivos durante estos períodos transitorios?

Esa es una excelente primera publicación. ¡Felicidades! +1
Usaría una herramienta de simulación y juguetearía con los valores para tener una idea de cuáles son las pérdidas; si está tratando de diseñar algo real, este será el mejor enfoque. Si es algún tipo de tarea que no dijiste.

Respuestas (3)

Le sugiero que determine la condición de carga que desea evaluar la eficiencia (pérdidas) ya que la operación ZVS depende del cambio de fase que afecta el RDson. Solo una pierna verá ZVC; la otra puede o no ver ZCS.

Con respecto a RDson, siempre asumo que la unión está a 100 ° C, por lo que RDson es el doble de la especificación indicada a 25 ° C.

Supongo que está controlando la etapa de salida como un rectificador síncrono, ¿correcto? Si es así, simplemente puede usar el RDson para esos FETS, pero si no, la pérdida es mucho mayor ya que el diodo del cuerpo está en juego (Vdrop * I).

Espero que eso ayude un poco.

En primer lugar, no descuide las pérdidas de hierro y cobre de CA en el transformador, ya que pueden ser enormes en este tipo de estructura si funcionan a varios cientos de kHz.

Volviendo al problema, debe tener en cuenta el tiempo muerto que aplicará, así como la capacitancia parásita de su MOS. Siempre que los condensadores no estén vacíos, bloquean el diodo y desvían la corriente hacia ellos mismos. Entonces los diodos conmutan y conducen.

La determinación de las diversas corrientes requiere la comprensión de los tiempos en el trabajo en este convertidor de puente activo dual (DAB). Primero necesita encontrar las dos corrientes inductivas. I 1 y I 2 cuyo valor depende del punto de operación. La siguiente figura le da las expresiones para encontrarlos:

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En estas expresiones, d es la relación de trabajo operativa que se puede traducir en un ángulo operativo si es necesario. 1: norte representa la relación de transformación del transformador y yo yo mi a k es la inductancia de fuga. Con estos dos picos de corriente a mano, puede continuar con la determinación de las corrientes rms.

La potencia de salida es un parámetro importante y viene después de determinar las dos corrientes. I 1 y I 2 :

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Para determinar PAG o tu t , tienes que encontrar algunos de los valores de tiempo t 1 y t 2 que se encuentran conociendo las pendientes de corriente del inductor.

Finalmente, puede calcular la corriente rms que circula en el lado primario analizando las corrientes de conmutación instantáneas:

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Para las corrientes en los interruptores secundarios, simplemente escale las corrientes primarias I 1 y I 2 por la relación de vueltas norte y tendrás el seg. corrientes laterales rms.

Como de costumbre, una rápida simulación con un programa como SIMPLIS te dirá si estos resultados son correctos o no:

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La placa entrega 502 V desde una fuente de 800 V con una potencia de salida de 9,8 kW. Los valores calculados concuerdan bien con los simulados y le permitirán evaluar las pérdidas de conducción para ambos lados de la DAB:

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