Vergelijkende studie tussen een resonante en een half-bridge topologie, toegepast op een geïsoleerde 60V-500W converter

Probleemstelling:

Deze masterthesis verloopt in nauwe samenwerking met Alcatel-Lucent in Antwerpen (contactpersoon: Edmond Op de Beeck).

De schakelende voeding of SMPS (Switched Mode Power Supply) is de dag van vandaag alomtegenwoordig. Je vindt ze bv. in het overgrote deel van alle aan het net gekoppelde apparaten of in allerhande netladers (voor GSM, tablet, ...). Het belangrijkste doel van een SMPS is zo efficiënt mogelijk de ingangsspanning (AC of DC) te converteren naar de gewenste stabiele uitgangsspanning (DC) over een welbepaald uitgangsstroombereik.

Door intensief onderzoek op de SMPS bestaan er nu reeds verschillende circuittopologiën die erin slagen om energie-effciënties van boven de 85% te halen. Voorbeelden hiervan zijn de flyback converter, de forward converter, de Cuk converter, de half-bridge converter, ... Recent moeten we hier ook de resonante convertoren aan toevoegen. Deze laatste soort blijkt door het gebruik van de techniek van “zero-voltage switching” dezelfde energie-efficiëncies te halen, maar in een compactere uitvoering.

Doelstelling:

Deze masterthesis heeft tot doel na te gaan welke de voor- en nadelen zijn van het introduceren van een resonante LLC circuittopologie in een SMPS tov. een meer ‘klassieke’ half-bridge circuitoplossing. Hiertoe moeten 2 geïsoleerdeDC-DC convertoren ontworpen worden met als belangrijkste specificaties: Vin=390V, Vuit=60V (met maximum ripple van 100mV) en Puit_max=500W. Daarenboven moeten devolgende bijkomende functies geïmplementeerd worden: een overspannings- en stroombeveiliging, een under-voltage lockout en een aangepaste opstart-cyclus.

In deze masterthesis zit vervat:

  • een grondige literatuurstudie van ‘klassieke’ en ‘recente’ methoden voor DC-DC conversie
  • het ontwerpen en simuleren van een volledig resonant en half-bridge prototype: bepalen van optimale componentwaarden, berekenen van de compensator voor het verkrijgen van een stabiele regellus, programmeren van de digitale (micro)controller dewelke de schakeltransistoren aanstuurt
  • het implementeren, uitmeten en vergelijken van het resonant en het half-bridge prototype

Trefwoorden:

resonante convertor, half-bridge convertor, analog ontwerp, microcontroller, feedback, stabiliteit

Locatie:

Ardoyen CMST + thuis.