Varias técnicas para cambiar las fuentes de alimentación para reducir las pérdidas.
Varias técnicas para cambiar las fuentes de alimentación para reducir las pérdidas.
La eficiencia de la fuente de alimentación conmutada PWM sin tecnología especial de control de pérdidas es menor que la de la fuente de alimentación conmutada con tecnología de control de pérdidas. Para las fuentes de alimentación conmutadas que no tienen problemas con la disipación de calor, como algunas fuentes de alimentación fuera de línea, la eficiencia puede ser satisfactoria. Pero para las fuentes de alimentación portátiles y los dispositivos que requieren un tamaño pequeño, se debe buscar una mayor eficiencia. Para mejorar la eficiencia general de la fuente de alimentación, se pueden utilizar varias técnicas.
Los principales tipos de pérdida de la fuente de alimentación conmutada son pérdida de encendido y apagado. Elegir un mejor interruptor de alimentación o rectificador con un voltaje de encendido más bajo puede reducir la pérdida de encendido. El uso de un rectificador síncrono puede reducir la pérdida de encendido y apagado del rectificador, pero solo se puede usar en la topología de circuito directo y no incluye el convertidor elevador de modo intermitente. Los rectificadores síncronos aumentan la eficiencia de la fuente de alimentación entre un 1 % y un 6 %, según el ciclo de trabajo operativo medio de la fuente de alimentación. Otras mejoras requerirán otras técnicas.
Cuando el voltaje de entrada o salida dentro de la fuente de alimentación conmutada es alto (superior a DC20V), la pérdida de conmutación será mayor y la caída de voltaje directo del tubo rectificador es pequeña en relación con el voltaje de entrada y salida. El voltaje y la corriente instantáneos de conmutación y el producto son proporcionales al voltaje y la corriente.
Las pérdidas de conmutación ocurren principalmente en dos nodos equivalentes de la fuente de alimentación de conmutación: el drenaje (o colector) del interruptor de alimentación y el ánodo del tubo rectificador de salida. Son los principales nodos de CA dentro de la fuente de alimentación conmutada. En una topología sin transformador aislado, el colector (o drenaje) del interruptor de alimentación está conectado directamente al ánodo del rectificador de salida y, por lo tanto, tiene un solo nodo. En la topología de aislamiento del transformador, los dos nodos están separados por un transformador y se tratan de forma ligeramente diferente.
Durante el período de conmutación, los valores de voltaje y corriente son muy grandes, y el pico de voltaje y corriente aparece al mismo tiempo, lo que hace que la pérdida sea mayor. Hay cuatro objetivos a alcanzar con estos dos nodos:
1. Reduzca el voltaje y la corriente que fluye en todos los momentos de encendido y apagado.
2. Minimice el efecto de recuperación de reflexión de todos los tubos rectificadores PN.
3. Eliminar todos los picos producidos por componentes parásitos.
4. Devuelva la mayor cantidad posible de esta energía "perdida" a la corriente de energía.
Es posible que los diseñadores no logren todos estos objetivos, pero mejorar estas condiciones podría mejorar la eficiencia general de la fuente de alimentación en otro 3-9%. Otra consideración al modificar estos circuitos es limitar el ancho de banda de la forma de onda tanto como sea posible para reducir la EMI. La mayor parte de la energía EMI se genera durante el proceso de conmutación de la fuente de alimentación y se irradia a su alrededor. En general, el rendimiento de EMI se puede mejorar en gran medida agregando un pequeño inductor a la rama actual de la fuente de alimentación de retorno de energía.
Para este propósito, a menudo se utilizan elementos resistivos adicionales y diodos o MOSDET para controlar esta acción. Hay tres tipos principales de mejoras en la topología PEM estándar:
1. Circuito de absorción sin pérdidas.
2. Circuito de pinza activa.
3. Circuito mejorado cuasi-resonante. Los circuitos de absorción sin pérdidas y de abrazadera activa le dan a la forma de onda PWM un borde "suave".
Para los nodos de CA conmutados por potencia, existe un retraso en el voltaje al momento del apagado, lo que proporciona al rectificador de salida un proceso de carga progresiva del elemento magnético durante la recuperación directa. Para el nodo de CA del rectificador de salida, se espera que la corriente se retrase durante el apagado, lo que limita el pico de corriente reflejado causado por el rectificador durante la recuperación inversa.
