مدارهاي راه‌انداز گيت فركانس بالا بدون انحراف جريان براي تغذيه ريزپردازنده‌ها

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

با پيشرفت تكنولوژي ساخت ترانزيستورها و توانايي آن ها براي كاركرد در فركانس هاي بالا و نياز روز افزون تكنولوژي به افزايش چگالي توان باعث شده است كه افزايشفركانسكليدزني كه منجر به كم شدن حجم المان هاي غيرفعال مدار مي شود، مورد توجه قرار گيرد. يكي از معايب اصلي افزايش فركانس كليدزني افزايش تلفات كليدزني و همچنين افزايش تلفات گيت است. از متداول ترين راه اندازهاي گيت، را ه انداز منبع ولتاژ است كه اين روش باعث ايجاد تلفات در مقاومت گيت ماسفت قدرت، در گذر روشن و خاموش شدن م ي شود و تلفات ايجاد شده در اين را ه انداز با افزايش فركانس كليدزني افزايش مي يابد. پس اين را ه انداز براي فركانس هاي بالا مناسب نم ي باشد. نوع ديگري از را ه اندازها كه تلفات گيت كمتري دارند و قادرند انرژي خازن گيت-سورس ماسفت را در گذر خاموش شدن بازيابي كنند را ه اندازهاي گيت رزونانسي هستند. در اين راه اندازها جريان شارژ گيت كليد قدرت از صفر شروع مي شود كه باعث افزايش تلفات كليدزني ماسفت قدرت مي گردد. لذا با استفاده از راه اندازهاي منبع جريان كه جريان آنها از صفر شروع نمي شود مي توان مشكل تلفات كليدزني ماسفت قدرت را بهبود داد. در راه اندازهاي منبع جرياني به علت وجود مقاومت ذاتي گيت و سلف هاي پارازيتي، مشكل انحراف جريان در گذر روشن و خاموش شدن وجود دارد كه سرعت كليدزني را محدود و تلفات كليدزني را افزايشمي دهد. در كاربردهاي بسيار ولتاژ پايين، به علت پايين بودن سطح ولتاژ براي تحريك گيت ماسفت قدرت نياز است كه راه اندازهاي منبع جرياني، قادر به افزايش ولتاژ گيت بيشتر از منبع ولتاژ خود باشد تا سطح ولتاژ لازم براي تحريك گيت فراهم شود. قابليت افزايش ولتاژ گيت سبب كمتر شدن مقدار مقاومت درين-سورس ماسفت قدرت در زمان روشن بودن مي شود كه كاهش تلفات هدايتي را در پي دارد. در اين پايان نامه بعد از بررسي و ارزيابي راه اندازهاي گيت رزونانسي و منبع جرياني، سه راه انداز منبع جرياني پيشنهاد شده است كه قادر به هستند. راه اندازهاي ارائه شده در گذر كليدزني مانند يك منبع جريان ايده آل عمل VRM حل مشكل انحراف جريان و بهبود بازده مبدل باك مي كنند. بنابراين، اثر ولتاژ القاء شده روي سلف هاي پارازيتي از بين مي رود و جريان گيت در گذر كليدزني منحرف نمي شود. براي محاسبه دقيق تلفات كليدزني و تلفات راه انداز و همچنين طراحي بهينه سلف راه انداز از يك مدل تحليلي استفاده شده است. در اين مدل با در نظر گرفتن سلف هاي پارازيتي، گذر كليدزني ماسفت قدرت به زير بخش هايي تقسيم شده است كه معادلات ولتاژها و جريان ها براي هر زير بخشمحاسبه مي شود. با بدست آوردن معادلات جريان ها و ولتاژها، تلفات كليدزني ماسفت قدرت و تلفات راه انداز محاسبه شده است. در نهايت با رويكرد كمترين تلفات، راه اندازهاي پيشنهادي طراحي و با راه اندازهاي ارائه شده تاكنون مقايسه شده اند. راه انداز منبع جرياني ناپيوسته پيشنهادي اول با سه كليد كنترلي و حل مشكل VRM انحراف جريان در گذر خاموش شدن، در مقايسه با راه اندازهاي قبل تعداد المان كمتري دارد. همچنين اين راه انداز قادر است بازده مبدل باك را در حدود % 6 نسبت به راه انداز منبع ولتاژ بهبود دهد. براي حل مشكل انحراف جريان در گذر روشن شدن و كم كردن تعداد المان راه انداز پيشنهادي اول، در فصل پنجم راه انداز پيشنهادي دوم با تعداد دو كليد كنترلي ارائه شده است كه قادر به حل مشكل انحراف جريان در گذر روشن و خاموششدن و قابليت افزايش ولتاژ گيت است. اين راه انداز داراي جريان پيوسته است كه تلفات راه انداز را بالا مي برد. بنابراين، راه انداز پيشنهادي سوم ارائه شده است كه قادر به حل مشكل انحراف جريان در گذر روشن و خاموش شدن و قابليت افزايشولتاژ گيت، با تعداد المان كم(يك كليد كنترلي)، نسبت به را در VRM ساير راه اندازها است. همچنين راه انداز پيشنهادي سوم با كاهش تلفات كليدزني و هدايتي ماسفت قدرت قادر است راندمان مبدل باك 1MHz حدود % 8 نسبت به راه انداز منبع ولتاژ، بهبود دهد. بعد از تحليل هر راه انداز پيشنهادي، نتايج شبيه سازي و نمونه آزمايشگاهي در فركانس براي تاييد صحت عملكرد هر راه انداز آورده شده است.

219203

الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان