دانلود ترجمه مقاله مبدل PFC از نوع بوست چندلایه تک فاز مبتنی بر FPGA

1. مقدمه 2. FETهای قدرت نیترید گالیوم 3. مبدل توان 4. استراتژی کنترل 5. نتایج آزمایشی 6. نتیجه گیری

چکیده – پیشرفت های اخیر در FET های قدرت «نیترید گالیم» (GaN) ولتاژ انسداد یا سد بالاتر، توانایی بهبود چگالی توان مبدل های الکترونیک قدرت آینده را دارند. در این مقاله، قطعات GaN برای ساختن یک مبدل «تصحیح ضریب توان» (PFC) نوع بوست چندلایه دو کانالی تک فاز 100 وات، استفاده می شوند. سخت افزار ساخته شده قادر به کار با فرکانس کلیدزنی بالغ بر 1 مگاهرتز در هر کانال می باشد، و بنابراین یک فرکانس ریپل موثر 2 مگاهرتز در ترمینال های ورودی و خروجی سیستم چندلایه حاصل می کند. علاوه بر آن، برای برآورده کردن الزامات فرکانس بالا، یک استراتژی کنترل مد جریان میانگین در یک قطعه FPGA، پیاده سازی می شود. در آخر، نتایج تجربی نشان داده شد بیانگر امکان سنجی طرح کنترل فیدبک دیجیتال توسعه یافته و نمونه اولیه آزمایشگاهی، می باشند. نتیجه گیری: مواد نیمه رسانای شکاف نوار عریض بر مبدل های الکترونیک قدرت تاثیر می گذارند که این بخاطر بهبود عملکرد الکتریکی از نظر افت ولتاژ و زمان گذار کلیدزنی می باشد. علاوه بر آن، چنین موادی در حال تغییر روش طراحی مبدل های قدرت می باشند. در این مقاله، بحث در مورد وضعیت ادوات قدرت GaN برای کاربردهای یکسوسازی PFC ارائه شدند تا الزامات مربوط به فرکانس کلیدزنی بیان گردند. مقایسه مختصر انجام شده در فرکانس کلیدزنی 500 کیلوهرتز نشان داد که مساحت PCB، تلفات و خنک کنندگی را می توان به میزان زیادی با قطعات GaN، بهبود داد. امکان سنجی فرکانس های کلیدزنی بسیار زیاد بررسی شد و چالش های بوجود آمده بوسیله اکثر راهکارهای کنترل/مدولاسیون پیاده سازی شده امروزی، یعنی IC ها و DSP های آنالوگ، خاطرنشان شدند. در این زمینه، یک بستر کنترل/مدولاسیون دیجیتال فرکانس کلیدزنی بسیار زیاد ابداع شد تا پیاده سازی یکسوساز PFC نوع بوست چندلایه دو کاناله تک فاز مبتنی بر HEMT های GaN 1 مگاهرتز، امکان پذیر شود. این کار براساس یک FPGA انجام شد. انتخاب یک قطعه FPGA براساس فرکانس کلیدزنی بسیار زیاد و مزیت های پیاده سازی کنترل دیجیتال است. اما، از آنجا که IC ها و DSP های آنالوگ برای چنین فرکانس هایی مناسب شده اند، استفاده از یک FPGA به میزان افزایش قیمت ها بستگی دارد. بخاطر استفاده از دو کانال مبدل، خاموش کردن یکی از آنها در عملکرد بار سبک، امکان پذیر است و در نتیجه خروجی گیت و تلفات هسته مغناطیسی کاهش می یابد یا بازده بسیار زیاد حتی در بارهای سبک قابل حصول است. نتایج تجربی، امکان سنجی این راهکار و توانایی و پتانسیل طراحی های پربازده حتی در توان اسمی مبدل نسبتاً کم را نشان می دهند.

The recent development of higher blocking voltage gallium nitride (GaN) power FETs has the potential to enhance the power density of future power electronic converters. In this work, GaN devices are used to assemble a 100 W single-phase two-channel interleaved boost-type power factor correction (PFC) converter. The constructed hardware is able to operate with a switching frequency up to 1 MHz per channel, and hence a 2 MHz effective ripple frequency at the input and output terminals of the interleaved system. Furthermore, in order to cope with the high frequency requirements an average current mode control strategy is implemented in an FPGA device. Finally, the experimental results shown attest the feasibility of the developed digital feedback control scheme and laboratory prototype. CONCLUSIONS: Wide band-gap semiconductor materials impacts Power Electronics converters due to improved electrical performance regarding voltage drops and switching transition times. In addition, such materials are changing the way power converters are designed. In this work, a discussion on the status of GaN power devices for PFC rectification applications was presented to introduce the requirements regarding the switching frequency. A brief comparison was carried out at 500 kHz switching frequency showing that PCB area, losses and cooling can be highly improved with GaN devices. The feasibility of very high switching frequencies was identified and the challenges faced by today’s most deployed control/modulation solutions, i.e. analog ICs and DSPs, were highlighted. In this context, a very high switching frequency digital control/modulation platform was developed to allow the implementation of a 1 MHz GaN HEMTs-based single-phase two-channel interleaved boost-type PFC rectifier. This was done based on an FPGA. The choice of an FPGA device was made based on the very high switching frequency and the advantages of a digital control implementation. However, as analog ICs and DSPs become appropriate for such frequencies the use of an FPGA will depend on how prices evolve. Because of the use of two converter channels, the turn-off one of them at light load operation is possible, reducing gate driver and magnetic core losses or a very high efficiency can be attained even at light loads. Experimental results have attested the feasibility of this solution and shown the potential for high efficiency designs even at relatively low converter rated power.