توصيفگر ها :
راه انداز گيت منبع ولتاژ , راه اندازهاي گيت رزونانسي , راه اندازهاي گيت منبع جرياني , مدارهاي مجتمع , افزايش ولتاژ گيت , كاهش تلفات.
چكيده فارسي :
امروزه با پيشرفت تكنولوژي و كوچك تر شدن تجهيزات الكترونيكي، نياز به پياده سازي مدارهاي الكترونيك قدرت شامل واحدهاي تامين توان و مديريت آن به صورت
مدارمجتمع بيشتر شده است. يكي از مزاياي پيشرفت تكنولوژي ساخت ترانزيستورها در صنعت الكترونيك قدرت، توانايي كليدزني در فركانس هاي بالا است كه موجب
كاهش حجم المان هاي غيرفعال مدار مي شود. يكي از معايب اصلي مدارهاي فركانس بالا، افزايش تلفات است. متداول ترين راه انداز گيت، راه انداز منبع ولتاژ است كه
در آن تمامي انرژي گيت ماسفت قدرت در گذر خاموش شدن تلف شده و با افزايش فركانس كليدزني، تلفات گيت ماسفت قدرت افزايش مي يابد. بنابراين استفاده از
راه انداز منبع ولتاژ در فركانس هاي بالا مناسب نيست. نوع ديگر راه اندازها كه جهت حل مشكل تلفات گيت ماسفت قدرت در فركانس هاي بالا ارائه شدند، راه اندازهاي
گيت رزونانسي هستند. اين راه اندازها قادرند انرژي گيت ماسفت قدرت را بازيابي كنند و تلفات مبدل را كاهش دهند. اين راه اندازها بدون جريان اوليه خازن هاي گيت
ماسفت قدرت را شارژ و دشارژ مي كنند، بنابراين به دليل بالا بودن زمان گذر كليدزني، قادر به كاهش تلفات كليدزني ماسفت قدرت نيستند. نوع ديگري از راه اندازها
كه با جريان اوليه خازن هاي گيت ماسفت قدرت را شارژ و دشارژ كنند، راه اندازهاي گيت منبع جرياني هستند. اين راه اندازها همانند راه اندازهاي گيت رزونانسي، انرژي
گيت ماسفت قدرت را بازيابي كرده و به علت داشتن جريان اوليه هنگام شارژ و دشارژ خازن هاي گيت ماسفت قدرت، گذر روشن و خاموش شدن ماسفت قدرت را
كوتاه تر مي كند. بنابراين تلفات كليدزني كاهش مي يابد.
در اين پايان نامه پس از بررسي راه اندازهاي گيت رزونانسي و منبع جرياني، راه انداز گيت پيشنهادي از نوع رزونانسي بررسي شده كه قادر به كاهش تلفات كليدزني
و تلفات گيت ماسفت قدرت است. اين راه انداز توانايي افزايش ولتاژ گيت به بيشتر از ولتاژ منبع خود را دارد كه در كاربردهاي بسيار ولتاژ پايين استفاده مي شود. علاوه
بر آن با افزايش ولتاژ گيت، مقاومت درين-سورس ماسفت قدرت در حالت روشن بودن كمتر شده است كه موجب كاهش تلفات هدايتي كليد اصلي مي شود. جريان
سلف اين راه انداز ناپيوسته است و همين امر باعث كوچك شدن اندازه سلف و افزايش جريان اوليه سلف و در نتيجه كاهش تلفات كليدزني، كليد اصلي مي شود. مدار
كنترلي راه انداز پيشنهادي بسيار ساده بوده و با استفاده از حداقل المان غيرفعال، يعني يك سلف و چهار كليد پياده سازي شده است. در نهايت با ديگر راه اندازهاي
ارائه شده تاكنون مقايسه شده و مزايا و معايب آن نسبت به ديگر راه اندازها بيان شده است. نتايج شبيه سازي مدار راه انداز پيشنهادي نشان مي دهد كه استفاده از مدار
پيشنهادي نسبت به مدار راه انداز گيت منبع ولتاژ، 7/8 درصد بازده مبدل باك سنكرون با فركانس كليدزني يك مگاهرتز را بهبود مي دهد.
چكيده انگليسي :
Today, with the advancement of technology and the miniaturization of electronic equipment, there is a need to implement
power electronic circuits including power supply units and its management in the form of the integrated circuit has increased.
One of the advantages of the technological advancement of transistors in the power electronics industry is the ability to switch
at high frequencies, which causes reducing the volume of passive circuit elements. One of the main disadvantages of high
frequency circuits is the increase in losses. The most common gate driver is the voltage gate driver which in that, all the
energy of the power MOSFET gate is lost during the turn-off transition, and with the increase of the switching frequency,
the losses of the power MOSFET gate increase. So using voltage source driver at high frequencies is not suitable. Another
type of gate drivers that were presented to solve the problem of power MOSFET gate losses at high frequencies, are resonant
gate drivers. Resonant gate drivers are able to recover the power MOSFET gate energy and reduce the converter losses.
These gate drivers charge/discharge power MOSFET gate capacitor without initial current, so they are not able to reduce the
switching loss of the power MOSFET due to the high switching time. Another type of gate drivers which charge/discharge
the power MOSFET gate capacitors with initial current are current source gate drivers. Current source gate drivers, recover
the gate energy as the same of resonant gate drivers and due to the initial current during charging and discharging power
MOSFET gate capacitors, switching transition on and off get shorter. Therefore switching losses are reduced.
In this thesis, after a review of resonant gate drivers and current source gate drivers, the proposed resonant gate driver
has been checked which able to reduce switching losses and power MOSFET gate losses. This gate driver has the ability
to increase the gate voltage to more than its source voltage, which is used in very low voltage applications. In addition on
top of that, by increasing the gate voltage, the drain-source resistance of the power MOSFET has decreased in the on state,
which reduces the conductive losses of the main switch. The current of the inductor of this gate driver is discontinuous, and
this causes the size of the inductor to decrease and the initial current of the inductor to increase, thus reducing the switching
losses of the main switch. The proposed gate driver control circuit is very simple and has been implemented using a minimal
passive element, i.e. an inductor and four switches. Finally, it has been compared with other gate drivers presented so far and
its advantages and disadvantages compared to other gate drivers have been stated. The simulation results of the proposed
gate driver circuit show that the use of the proposed circuit improves the efficiency of the synchronous buck converter with
a switching frequency of one MHz by 7.8 percent compared to the voltage source gate driver.
