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
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Udo

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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
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ilhantaygurt

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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
 
  • Danke
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tsunakei

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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
 

tsunakei

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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?

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

Danke!
 

tsunakei

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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
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
 

Udo

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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
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