º Por Osvaldo LW1DSEº

En esta oportunidad, vamos a describir una de las topolog¡as mas importantes, y que ha alcanzado uno de los rendimientos mas elevados hasta la actualidad, llegando a un 92%.

Se trata de la topologia Full Bridge con ZVS, y governados por un mecanismo de Phase Shift (desplazamiento de fase).

Dado que el funcionamiento del sistema es un tanto complejo, se la subdivide en varias etapas, las cuales comprenden las distintas transiciones entre ellas. Se pone de manifiesto en el esquematico de la figura 1 la presencia de las capacidades par sitas de los 4 MOSFET's Coss de cada uno de ellos, con m s alguna capacidad dispersa del circuito (Drain a tierra en los discipadores, las del transformador, etc.), y alguna capacidad fija puesta `ex profeso' por el personal que diseño la fuente. Tambien debe recordarse la existencia de un diodo intrinseco entre Source y Drain del MOSFET, que se explicita mediante la flecha en su esquematico, aqui representado por un signo "menor que" (<) en el dibujo del mismo. LR es una inductancia externa al transformador que se coloca alli para asegurar suficiente acumulacion de energia para la resonancia, en caso de que la fuente trabaje con poca carga o sin ella. Se ha prescindido del capacitor de balance de DC, pues en esta configuracion circuital es innecesario; ya veremos luego por que.

En la figura 1, los MOSFET MF1 & MF2 componen lo que denomina rama izquierda (RI) mientras que MF3 & MF4 forman la rama derecha (RD). La trancicion entre elementos de una misma rama se hace por medio de la resonancia que tiene lugar entre los elementos que la componen. Por un lado, todas la capacidades mencionadas mas arriba; y por el otro, las inductancias descriptas.
Los dos semiconductores de cada rama son conmutados con un ciclo activo de un 50%, y lo que se varia es la diferencia de fase entre ambas ramas (ya fue explicado para el hard switching con anterioridad).

Vamos, pues, al meollo de la cuestion. Para ello, comencemos viendo que sucede mientras se est  entregando potencia activa a la carga, luego de que el controlador de PWM (especial para este caso) ha llevado a plena conduccion a dos MOSFET diagonalmente opuestos del puente, digamos MF1 y MF4.

Se puede ver que el punto que identifica a los terminales homonimos del tranformador se han hecho todos negativos con respecto al otro terminal.
En la figura 2, los MOSFET no participantes se han desconectado para mayor claridad. Las capacidades se han removido por no participar durante el ciclo activo. Se entrega potencia a la carga via el secundario del transformador, D2, L1 y Co

.

En algun momento, el PWM detecta la necesidad de terminar el ciclo activo. Para ello, apaga uno de los MOSFET, supongamos que sea el MF1. Su Coss se hallaba descargada por esta el mismo conduciendo, a partir de lo cual comienza a cargarse, e iniciar una fraccion de ciclo oscilatorio. La energia acumulada en la inductancia de magnetizacion del transformador mas la del inductor LR, empiezan a "llenar" a Coss1, y a descargar a Coss2, dado que si la tension en el punto de union de los dos MOSFET empieza a bajar, y la de entrada permanece constante, es obvio que cuando uno se descargue, el otro debe cargarse, y viceversa. Ademas, MF4 permanece conduciendo. Si la energia acumulada alcanzo un valor lo suficientemente grande, el drain de MF2 ser  llevado a o debajo del potencial de su source por el juego establecido por la resonancia. En caso que fuera mayor, el exceso de energia circular  en forma de una corriente por el diodo intrinseco del MOSFET MF2, momento en el cual entrar  en conducci¢n por un pulso positivo aplicado a su gate. Si el diodo intrinseco alcanzo a conducir, estamos en presencia de a lo sumo 1V entre el drain y el source del mismo, momento optimo para la entrada de MF2. Una vez que entro en conduccion MF2, se ha producido una transicion en la RI, aprovechando las virtudes del sistema ZVS; simultaneamente, puede observarse que tanto la inductancia como el transformador quedan en cortocircuito entre los dos MOSFET que est n conduciendo, descargando las inductancias presentes en el circuito como lo ejemplifica la figura 4. No se entrega mas potencia a la salida desde el transformador, sino por medio del freeweeling de L1. Notese que ahora, los dos diodos comparten la corriente de freeweeling, poniendo tambien al secundario del transformador en cortocircuito.

Es el turno ahora de iniciar otro ciclo activo. Para ello, se apaga MF4 con casi 0V como su VDS. Al apagarse, la corriente de freeweeling que aun continua fluyendo empieza a cargar a Coss4, y por lo tanto a descargar a Coss3, de la mism manera explicada anteriormante, y por las mismas razones.

Cuando la Coss3 se descarg¢, y Coss4 se carg¢ hasta hacer que la tension en Er alcance Ei, MF3 se encuentra con casi 0V entre sus extremos, y por lo tanto es el momento ideal para encenderlo, iniciando otro ciclo de transferencia de potencia.

Todos los extremos identificados con "ø" se han hecho positivos, con lo cual circula potencia a la carga por medio de D1, L1, la carga, y retornando al punto medio del transformador.

Cuando este ciclo necesite ser terminado, se iniciar  una nueva transicion en la RI. Se parte apagando a MF2 y dejando que la corriente que circule cargue la Coss2, descargue a Coss1 permitiendo que naturalmente el punto El alcance a Ei, figura 7.

Asi comenzamos otro ciclo de freeweeling sobre el secundario, e imponiendo un cortocircuito sobre el primario del tranformador, en el momento en que se encienda MF1 con cero volts en su VDS, figura 8.

Lo visto hasta ac  se reitera en sentido similar pero inverso, para el resto del ciclo.

Como se desprende de este analisis, las transiciones son similares pero se realizan de distinta manera. La RI se alimenta de la corriente en el tranformador, provista por la del secundario de freeweeling reflejada al primario, mas la propia de las inductancias del primario. En cambio, la de la RD se alimenta exclusivamente de la energia acumulada en LR, que entonces funciona como un reservorio para permitir la transicion en 'optimas condiciones de ZVS. Esto es asi, dado que mientras sucede la RD, el primario y el secundario de T1 se hallan ambos en cortocircuito, por los MOSFET sobre una de las lineas de alimentacion del link de DC (Ei), y por la conduccion simultanea de la corriente de freeweeling por D1 y D2 sobre el secundario.

Debe existir un secundario del transformador que alimenta al CI que "organiza" toda esta secuencia, y que tambien le sirven de monitor de lo que sucede con los elementos participantes en la resonancia. No se indica en las esquemas aqui presentados con el objeto de no complicar excesivamente dichas figuras.

Puede verse, que el ritmo al cual se alternan los MOSFET de una misma
rama, es fija, por lo cual, y a diferencia de otras topolog¡as ZVS, esta es
de frecuencia fija y por lo tanto sincronizable con alguna fuente externa. La
resonancia es utilizada exclusivamente para la conmutaci¢n dentro una misma
rama, por lo tanto no define ni depende de la frecuencia principal de con-
mutaci¢n de la fuente.

Por Osvaldo LW1DSE

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