Howto Phase-shifted Full-Bridge Converter PSFB

Udo

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Die Vollbrücke im Phase-shift Verfahren unterscheidet sich zunächst fast kaum von einer "normalen" Vollbrücke, die ich mal PWM-FB nennen möchte. Doch gibt es einen gravierenden Unterschied, der in der Ansteuerung der Leistungs-MOSFets
liegt. Hier die Unterschiede:
1. PWM-FB
Hierbei werden die MOS meist "über Kreuz", also diagonal im Brückenzweig angesteuert. Die Pulsbreite wird moduliert, d.h. die Einschaltdauer wird - meist bei konstanter Schaltfrequenz - entsprechend der zu regelnden Ausgangsgröße angepasst. Nachteilig ist, daß bei sehr schmalen Pulsen sich Schaltspannung und Schaltstrom überlappen und Schaltverluste produzieren. Um diese im Zaum zu halten, darf die Schaltfrequenz nicht zu hoch gewählt werden.
2. PSFB
Bei diesem Verfahren werden die Pulsbreiten nicht variiert, d.h. die Einschaltdauer bleibt konstant bei einem Duty cycle von 50%-Totzeit (im nsec-Bereich). Die vertikal angeordneten Fets werden dabei alterierend angesteuert. Die Regelung der PSFB geschieht dadurch, daß die Phasenlage der vertikal angesteuerten Brückenpaare relativ zueinander moduliert bzw. eingestellt werden. Im Vergleich zur PWM-FB kann die Schaltfrequenz höher gewählt werden, das a) die Pulsbreiten konstant bleiben und b) die MOSFet-Kapazitäten durch die ohnehin vorhandene Struinduktivität im Umschwingverfahren umgeladen werden und dadurch die Schaltverluste drastisch reduziert werden können.
Die Wirkungsgrade der Leistungswandler (Konverter) können sich im Bereich von jenseits > 90% bewegen.
Das angehängte .zip-file zeigt zwei Schaltungen dazu auf, einmal bei statischer Last und einmal bei Pulsbelastung.
Außerdem wurden zur Stabilisierung des Regelkreises die Transfer-Funktionen unter Zuhilfenahme der LTspice-Laplace Funktion beigelegt und damit auch der Regler (TL431+Optokoppler) dimensioniert.
Der vefrwendete Controller UC3879 ist zwar schon etwas älter, was aber auf das Verfahren keinen Einfluss nimmt. Leider sind von neueren Controller die pspice-models encrypted und nicht vetrwendbar.

mfG, Udo
 

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  • Phase_Shift_FB_600Watt.zip
    442,7 KB · Aufrufe: 35
  • Pulslast_Plots.png
    Pulslast_Plots.png
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  • Transfer_Functions_Plots.png
    Transfer_Functions_Plots.png
    273,2 KB · Aufrufe: 37
Dear ilhantaygurt,

the UC3879 controller should be in the zip.-file "Phase_Shift_FB_600Watt.zip".
Nevertheless I attach it as a seperate zip-file for the controller UC3879, as well as a low-side/high-side driver IR2110, which may be of your interest as well.
The IR2110 driver would be an alternative to the transformer-driven MOS-FET control.

There are a lot of other controllers - and even better ones - on the market. Unfortunately I could'nt get access to it.

Best regards
Udo
 

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  • Phase_Shift_UC3879_IR2110.zip
    11 KB · Aufrufe: 21
Dear ilhantaygurt,

the UC3879 controller should be in the zip.-file "Phase_Shift_FB_600Watt.zip".
Nevertheless I attach it as a seperate zip-file for the controller UC3879, as well as a low-side/high-side driver IR2110, which may be of your interest as well.
The IR2110 driver would be an alternative to the transformer-driven MOS-FET control.

There are a lot of other controllers - and even better ones - on the market. Unfortunately I could'nt get access to it.

Best regards
Udo
Dear Udo;

Thank you very much for your prompt reply.

Best regards
 
hello
I came up with this post while searching various things to understand how PSFB works. I wanted to run the LTSPICE circuit made by Udo-san, so I registered as a user and tried to download it, but the following message was displayed and I could not download it.

Oops! We ran into some problems.​

You do not have permission to view this page or perform this action.

Can you tell me what to do after this to download?

Best regards
 
hello
I came up with this post while searching various things to understand how PSFB works. I wanted to run the LTSPICE circuit made by Udo-san, so I registered as a user and tried to download it, but the following message was displayed and I could not download it.

Oops! We ran into some problems.​

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Can you tell me what to do after this to download?

Best regards
I found how to download files which are attached at threads.
Sorry for making noise...

Danke!
 
Die Vollbrücke im Phase-shift Verfahren unterscheidet sich zunächst fast kaum von einer "normalen" Vollbrücke, die ich mal PWM-FB nennen möchte. Doch gibt es einen gravierenden Unterschied, der in der Ansteuerung der Leistungs-MOSFets
liegt. Hier die Unterschiede:
1. PWM-FB
Hierbei werden die MOS meist "über Kreuz", also diagonal im Brückenzweig angesteuert. Die Pulsbreite wird moduliert, d.h. die Einschaltdauer wird - meist bei konstanter Schaltfrequenz - entsprechend der zu regelnden Ausgangsgröße angepasst. Nachteilig ist, daß bei sehr schmalen Pulsen sich Schaltspannung und Schaltstrom überlappen und Schaltverluste produzieren. Um diese im Zaum zu halten, darf die Schaltfrequenz nicht zu hoch gewählt werden.
2. PSFB
Bei diesem Verfahren werden die Pulsbreiten nicht variiert, d.h. die Einschaltdauer bleibt konstant bei einem Duty cycle von 50%-Totzeit (im nsec-Bereich). Die vertikal angeordneten Fets werden dabei alterierend angesteuert. Die Regelung der PSFB geschieht dadurch, daß die Phasenlage der vertikal angesteuerten Brückenpaare relativ zueinander moduliert bzw. eingestellt werden. Im Vergleich zur PWM-FB kann die Schaltfrequenz höher gewählt werden, das a) die Pulsbreiten konstant bleiben und b) die MOSFet-Kapazitäten durch die ohnehin vorhandene Struinduktivität im Umschwingverfahren umgeladen werden und dadurch die Schaltverluste drastisch reduziert werden können.
Die Wirkungsgrade der Leistungswandler (Konverter) können sich im Bereich von jenseits > 90% bewegen.
Das angehängte .zip-file zeigt zwei Schaltungen dazu auf, einmal bei statischer Last und einmal bei Pulsbelastung.
Außerdem wurden zur Stabilisierung des Regelkreises die Transfer-Funktionen unter Zuhilfenahme der LTspice-Laplace Funktion beigelegt und damit auch der Regler (TL431+Optokoppler) dimensioniert.
Der vefrwendete Controller UC3879 ist zwar schon etwas älter, was aber auf das Verfahren keinen Einfluss nimmt. Leider sind von neueren Controller die pspice-models encrypted und nicht vetrwendbar.

mfG, Udo
Dear Udo-san,

Thanks to your sharing PSFB LTSPICE circuit, my understanding of sut starting Power Electronics has accelerated. I'm deeply appreciate it.

My next interest is the circuit operation when the secondary synchronously rectified SW circuit.
Have you ever made a circuit of LTSPICE with synchronously rectification circuit? Or have you ever seen it somewhere?

Best regards
tsunakei
 
Dear tsunakei,

thank you for your kind words.
There is an application note in pdf-Format, which I attache below. This note deals with the LTspice-controller LT1922-1.
This controller is offered in the library and an example file is available as well.
Go to examples\jigs\1922-1, which is an .asc-file for demonstration. The switches are idealized > sw.asy in the lib, but you can use the LTC1922-1 component and design your own circuit, or proceed as suggested according to the application note.
Another phase shift controller is the LTC3722-1 which works well in conjunction with the LTC4440 Mosfet-Drivers. An example is also under examples\jigs\LTC3722-1 and/or LTC3722-2.

Best regards
Udo
 

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  • LTC1922-1_1100_Mag.pdf
    221,8 KB · Aufrufe: 21
Dear ilhantaygurt,

the UC3879 controller should be in the zip.-file "Phase_Shift_FB_600Watt.zip".
Nevertheless I attach it as a seperate zip-file for the controller UC3879, as well as a low-side/high-side driver IR2110, which may be of your interest as well.
The IR2110 driver would be an alternative to the transformer-driven MOS-FET control.

There are a lot of other controllers - and even better ones - on the market. Unfortunately I could'nt get access to it.

Best regards
Udo
Thanks!
 
Die Vollbrücke im Phase-shift Verfahren unterscheidet sich zunächst fast kaum von einer "normalen" Vollbrücke, die ich mal PWM-FB nennen möchte. Doch gibt es einen gravierenden Unterschied, der in der Ansteuerung der Leistungs-MOSFets
liegt. Hier die Unterschiede:
1. PWM-FB
Hierbei werden die MOS meist "über Kreuz", also diagonal im Brückenzweig angesteuert. Die Pulsbreite wird moduliert, d.h. die Einschaltdauer wird - meist bei konstanter Schaltfrequenz - entsprechend der zu regelnden Ausgangsgröße angepasst. Nachteilig ist, daß bei sehr schmalen Pulsen sich Schaltspannung und Schaltstrom überlappen und Schaltverluste produzieren. Um diese im Zaum zu halten, darf die Schaltfrequenz nicht zu hoch gewählt werden.
2. PSFB
Bei diesem Verfahren werden die Pulsbreiten nicht variiert, d.h. die Einschaltdauer bleibt konstant bei einem Duty cycle von 50%-Totzeit (im nsec-Bereich). Die vertikal angeordneten Fets werden dabei alterierend angesteuert. Die Regelung der PSFB geschieht dadurch, daß die Phasenlage der vertikal angesteuerten Brückenpaare relativ zueinander moduliert bzw. eingestellt werden. Im Vergleich zur PWM-FB kann die Schaltfrequenz höher gewählt werden, das a) die Pulsbreiten konstant bleiben und b) die MOSFet-Kapazitäten durch die ohnehin vorhandene Struinduktivität im Umschwingverfahren umgeladen werden und dadurch die Schaltverluste drastisch reduziert werden können.
Die Wirkungsgrade der Leistungswandler (Konverter) können sich im Bereich von jenseits > 90% bewegen.
Das angehängte .zip-file zeigt zwei Schaltungen dazu auf, einmal bei statischer Last und einmal bei Pulsbelastung.
Außerdem wurden zur Stabilisierung des Regelkreises die Transfer-Funktionen unter Zuhilfenahme der LTspice-Laplace Funktion beigelegt und damit auch der Regler (TL431+Optokoppler) dimensioniert.
Der vefrwendete Controller UC3879 ist zwar schon etwas älter, was aber auf das Verfahren keinen Einfluss nimmt. Leider sind von neueren Controller die pspice-models encrypted und nicht vetrwendbar.

mfG, Udo
Hello, first of all, thank you very much for your sharing. I downloaded the files fine. But I cannot open it in the LT Spice application. Which program should I use? Could you help ?
 
Die Vollbrücke im Phase-shift Verfahren unterscheidet sich zunächst fast kaum von einer "normalen" Vollbrücke, die ich mal PWM-FB nennen möchte. Doch gibt es einen gravierenden Unterschied, der in der Ansteuerung der Leistungs-MOSFets
liegt. Hier die Unterschiede:
1. PWM-FB
Hierbei werden die MOS meist "über Kreuz", also diagonal im Brückenzweig angesteuert. Die Pulsbreite wird moduliert, d.h. die Einschaltdauer wird - meist bei konstanter Schaltfrequenz - entsprechend der zu regelnden Ausgangsgröße angepasst. Nachteilig ist, daß bei sehr schmalen Pulsen sich Schaltspannung und Schaltstrom überlappen und Schaltverluste produzieren. Um diese im Zaum zu halten, darf die Schaltfrequenz nicht zu hoch gewählt werden.
2. PSFB
Bei diesem Verfahren werden die Pulsbreiten nicht variiert, d.h. die Einschaltdauer bleibt konstant bei einem Duty cycle von 50%-Totzeit (im nsec-Bereich). Die vertikal angeordneten Fets werden dabei alterierend angesteuert. Die Regelung der PSFB geschieht dadurch, daß die Phasenlage der vertikal angesteuerten Brückenpaare relativ zueinander moduliert bzw. eingestellt werden. Im Vergleich zur PWM-FB kann die Schaltfrequenz höher gewählt werden, das a) die Pulsbreiten konstant bleiben und b) die MOSFet-Kapazitäten durch die ohnehin vorhandene Struinduktivität im Umschwingverfahren umgeladen werden und dadurch die Schaltverluste drastisch reduziert werden können.
Die Wirkungsgrade der Leistungswandler (Konverter) können sich im Bereich von jenseits > 90% bewegen.
Das angehängte .zip-file zeigt zwei Schaltungen dazu auf, einmal bei statischer Last und einmal bei Pulsbelastung.
Außerdem wurden zur Stabilisierung des Regelkreises die Transfer-Funktionen unter Zuhilfenahme der LTspice-Laplace Funktion beigelegt und damit auch der Regler (TL431+Optokoppler) dimensioniert.
Der vefrwendete Controller UC3879 ist zwar schon etwas älter, was aber auf das Verfahren keinen Einfluss nimmt. Leider sind von neueren Controller die pspice-models encrypted und nicht vetrwendbar.

mfG, Udo
I AM GETTING AN ERROR LIKE THIS AND I CANNOT SIMULATE. Also, that graphic button does not open. Can you help me please ?
 

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  • ERROR 1.jpg
    ERROR 1.jpg
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  • error 2.jpg
    error 2.jpg
    162,7 KB · Aufrufe: 9
Error 1:
Hast du die TL431.asy im gleichen Unterverzeichnis wie der Schaltplan?
Do you have the TL431.asy in the same subdirectory as the circuit diagram?
Allergings fehlen bei mir die Modelle:
However, I don't have the models:
2scr293p und/and mmbz18val
 

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  • TL431.asy
    702 Bytes · Aufrufe: 1
Zuletzt bearbeitet:
Die Vollbrücke im Phase-shift Verfahren unterscheidet sich zunächst fast kaum von einer "normalen" Vollbrücke, die ich mal PWM-FB nennen möchte. Doch gibt es einen gravierenden Unterschied, der in der Ansteuerung der Leistungs-MOSFets
liegt. Hier die Unterschiede:
1. PWM-FB
Hierbei werden die MOS meist "über Kreuz", also diagonal im Brückenzweig angesteuert. Die Pulsbreite wird moduliert, d.h. die Einschaltdauer wird - meist bei konstanter Schaltfrequenz - entsprechend der zu regelnden Ausgangsgröße angepasst. Nachteilig ist, daß bei sehr schmalen Pulsen sich Schaltspannung und Schaltstrom überlappen und Schaltverluste produzieren. Um diese im Zaum zu halten, darf die Schaltfrequenz nicht zu hoch gewählt werden.
2. PSFB
Bei diesem Verfahren werden die Pulsbreiten nicht variiert, d.h. die Einschaltdauer bleibt konstant bei einem Duty cycle von 50%-Totzeit (im nsec-Bereich). Die vertikal angeordneten Fets werden dabei alterierend angesteuert. Die Regelung der PSFB geschieht dadurch, daß die Phasenlage der vertikal angesteuerten Brückenpaare relativ zueinander moduliert bzw. eingestellt werden. Im Vergleich zur PWM-FB kann die Schaltfrequenz höher gewählt werden, das a) die Pulsbreiten konstant bleiben und b) die MOSFet-Kapazitäten durch die ohnehin vorhandene Struinduktivität im Umschwingverfahren umgeladen werden und dadurch die Schaltverluste drastisch reduziert werden können.
Die Wirkungsgrade der Leistungswandler (Konverter) können sich im Bereich von jenseits > 90% bewegen.
Das angehängte .zip-file zeigt zwei Schaltungen dazu auf, einmal bei statischer Last und einmal bei Pulsbelastung.
Außerdem wurden zur Stabilisierung des Regelkreises die Transfer-Funktionen unter Zuhilfenahme der LTspice-Laplace Funktion beigelegt und damit auch der Regler (TL431+Optokoppler) dimensioniert.
Der vefrwendete Controller UC3879 ist zwar schon etwas älter, was aber auf das Verfahren keinen Einfluss nimmt. Leider sind von neueren Controller die pspice-models encrypted und nicht vetrwendbar.

mfG, Udo

Error 1:
Hast du die TL431.asy im gleichen Unterverzeichnis wie der Schaltplan?
Do you have the TL431.asy in the same subdirectory as the circuit diagram?
Hello, first of all, thank you very much for your sharing. I downloaded the files without any problems. However, I get a warning saying 431 TL FILE could not be opened. Therefore I cannot run the circuit. How do I report the solution?
 
Import the attached TL431 files into the same directory in which you stored the PSFB-Files.
Pls feel free to respond, if you still can't open Version B

Did you have success with the version A, the one without opto and TL431 ?
 

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  • tl431.asy
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  • tl431.mod
    803 Bytes · Aufrufe: 3
@ spicer:
MBBZ18VAL should be in the standard lib. At least I found it there. May be you should update the LTspiceXVII version to get the latest lib, same for the 2scr293p
regards.......Udo
 
I AM GETTING AN ERROR LIKE THIS AND I CANNOT SIMULATE. Also, that graphic button does not open. Can you help me please ?
This file acts in Pseudo Transient-Analysis. After running the file and wait, until the sim-time has reached more than 10msec, than press ESC-button. After a short time, the plot window will open.
 
Habe rausgefunden, dass diese zwei Teile in der standard Lib neu 2SCR293P5 und MBBZ18VALY heissen (neuestes AD LTspice).

I found out that these two parts are now called 2SCR293P5 and MBBZ18VALY in the standard lib (newest AD LTspice).
 
Zuletzt bearbeitet:
Import the attached TL431 files into the same directory in which you stored the PSFB-Files.
Pls feel free to respond, if you still can't open Version B

Did you have success with the version A, the one without opto and TL431 ?
Hello,
I downloaded the Phase_Shift_FB_600Watt file.
I opened the file I marked in yellow with the ltspice application.
The file did not work. I got the error that I said as Error 1. Now I put the tl431 file you sent into the same file.

What do I need to do to be able to run it on your computers and programs?
 

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  • Screenshot_1.jpg
    Screenshot_1.jpg
    78,3 KB · Aufrufe: 2

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