Resonan Converter 1

RESONANT CONVERTER TOPOLOGIES by M. Bildgen Perkenalan Untuk Meningkatkan frekuensi operasi dari konverter daya yang diinginkan, oleh karena itu kita menurunkan jumlah magnet dan induktans sehingga rangkaian lebih padu. Namun hal itu dapat menyebabkan kerugian switching dan mengurangi efisiensi system. Salah satu solusi untuk masalah ini adalah menggantikan “chopper” Switching dari SMPs topologi standar ( sperti Buck ,boost dll ) dengan "resonansi" switch , yang menggunakan resonansi dari kapasitansi sirkuit dan induktansi untuk membentuk gelombang dari arus atau tegangan melintasi elemen switching. sehingga bila switching berlangsung , tidak ada arus yang melalui atau tegangan system tersebut , dan karenanya tidak ada disipasi daya. lihat gambar 1. Sebuah rangkaian menggunakan teknik ini dikenal sebagai konverter resonan ( atau , lebih tepatnya , sebuah konverter kuasi - resonan , karena hanya bagian dari sinusoid resonan digunakan ) . Zero Current Switching ( ZCS ) sirkuit membentuk gelombang saat ini , sementara Zero Voltage Switching ( ZVS ) sirkuit membentuk gelombang tegangan . 2 . ZERO Current Switching ZERO Current Switching terdiri dari switch , S ,disusun secara seri dengan induktor resonan LRES , dan CRES kapasitor resonan terhubung secara paralel . energi disuplai oleh sumber arus.rangkaian dan bentuk gelombang yang ditunjukkan pada gambar 2 . Jika transformator output digunakan , dalam kasus-kasus tertentu induktansi bersifat merugikan yang dapat digunakan sebagai induktansi resonan ( baik disini ini dan Zero Voltage Topology ) . Namun, karena nilainya umumnya tidak diketahui , frekuensi resonansi tidak akan tetap, yang dapat menyebabkan masalah dalam desain sirkuit . Ketika saklar S dimatikan, kapasitor resonan dibebankan dengan lebih atau kurang Arus konstan , sehingga tegangan di atasnya meningkat secara linear . Ketika saklar dihidupkan , energi yang tersimpan dalam kapasitor ditransfer ke induktor , menyebabkan arus sinusoidal mengalir di switch . Selama setengah gelombang negatif , arus mengalir melalui dioda anti - paralel , dan dalam periode ini tidak ada arus atau tegangan yang melalui pada saklar ; dan dapat dimatikan tanpa kerugian . Jenis switching juga dikenal sebagai modus thyristor , karena merupakan salah satu cara yang lebih cocok menggunakan thyristor ; perangkat ini hanya akan mematikan jika arus melalui mereka dipaksa untuk nol , yang terjadi secara alami dalam topologi ini

3. ZERO VOLTAGE SWITCH Tipikal Zero Voltage Switch terdiri dari saklar secara seri dengan dioda. Kapasitor resonan dihubungkan secara paralel, dan induktor resonan dihubungkan secara seri dengan konfigurasi ini. Sebuah sumber tegangan yang terhubung secara paralel menyuplai energi ke dalam sistem ini. Rangkaian dan bentuk gelombang yang ditunjukkan pada gambar 3.

Ketika saklar dihidupkan, arus linear mengalir melalui induktor. Ketika saklar mati, energi yang tersimpan dalam induktor mengalir ke kapasitor resonan. Tegangan yang dihasilkan melintasi kapasitor dan saklar sinusoidal. Negatif setengah gelombang tegangan diblokir oleh dioda. Selama setengah gelombang negatif ini, arus dan tegangan di switch adalah nol, dan sehingga dapat dihidupkan tanpa kerugian. Karena mereka memerlukan drive arus besar, Bipolar transistor umumnya tidak digunakan dalam konverter resonan, kecuali drive dasar disediakan oleh rangkaian resonan itu sendiri (misalnya dalam rangkaian defleksi TV dan ballast lampu neon). MOSFET Power dan IGBTs, dengan masukan efektif kapasitif dan kebutuhan energi drive yang rendah, adalah jenis yang paling sering digunakan. Grafik pada gambar 4 menunjukkan ukuran mati Power MOSFET dan IGBTs yang diperlukan untuk mengalirkan 1 amp dengan drop tegangan 2 volt, melawan tegangan maksimum. Untuk aplikasi tegangan rendah, MOSFET yang menarik, seperti ukuran mati karena sangat kecil ( sehingga perangkat yang murah). Namun untuk tegangan tembus yang lebih tinggi, IGBT lebih cocok, sebagai ukuran mati diperlukan tegangan yg konstan mendekati tegangan maksimum.

4.1 MOSFET MOSFET memiliki perilaku resistif dalam keadaan , dan karakteristik keluaran melewati nol . Hal ini dapat mengalir arus kecil dengan drop tegangan yang sangat rendah . 4.1.1 ZCS (Zero Current Switching) Sebuah MOSFET dapat dimodelkan sebagai saklar ideal dengan resistor dirangkai seri , dan kapasitor dihubungkan secara paralel . Lihat gambar 5. Setiap kali dihidupkan , kapasitor paralel tidak di aliri melalui perlawanan dan ( 0,5 x Cout x VDS ) unit yang hilang . Sebuah MOSFET di ZCS harus mengaktifkan tegangan Saluran -sumber tegangan , dan akan ada switching kerugian kapasitif . Selain itu, arus reaktif dalam saklar sangat tinggi , dan sebagai MOSFET tidak tampil baik di kondisi arus lebih, kerugian konduksi akan sangat tinggi . Oleh karena itu MOSFET sangat tidak cocok untuk ZCS . 4.1.2 ZVS (Zero Voltage Switching) Dalam ZVS (Zero Voltage Switching) , MOSFET menyala tanpa tegangan antara saluran dan sumber , sehingga tidak ada kerugian beralih kapasitif . Tidak ada arus reaktif dan kerugian konduksi tidak sangat penting . MOSFET tidak harus mati karena ada arus , tetapi sebagai waktu switching dari MOSFET adalah kecil, turn off tidak akan kerugian berlebihan. 4.2 IGBTs

IGBT memiliki tegangan ambang sekitar 0,7 V; dan tidak mungkin drop tegangan lebih rendah dari nilai ini. "Bagian resistif" dari karakteristik output dari IGBT sangat rendah, dan sehingga dapat mengalirkan arus besar dengan drop tegangan rendah. Dengan demikian sebagian besar cocok untuk digunakan pada kepadatan arus tinggi. 4.2 IGBTs The IGBT memiliki tegangan ambang sekitar 0,7 V; drop tegangan lebih rendah dari nilai ini tidak mungkin. "Bagian resistif" dari karakteristik output dari IGBT sangat rendah, dan sehingga dapat melakukan arus besar dengan drop tegangan rendah. Dengan demikian sebagian besar cocok untuk digunakan pada kepadatan arus tinggi. Sebuah IGBT dapat hanya dimodelkan sebagai pnp-transistor didorong oleh MOSFET. Kerugian dari struktur ini adalah pada saat mati. Jika transistor pnp harus dimatikan dengan cepat, dasar arus positif harus diberikan, untuk memaksa operator dalam basis untuk bergabung kembali dan melakukan pemberhentian perangkat. Dalam IGBT, dasar tahap pnp tidak dapat diakses secara langsung, sehingga arus tidak dapat disampaikan untuk di matikan, yang berarti bahwa perangkat terus mengalir sedangkan operator pembawa kembali natural ". selama waktu itu arus akan muncul.

4.2.1 Zero Voltage Switch Dalam Zero Voltage Switch, IGBT harus mematikan arus. Bahkan jika tegangan saklar naik dengan terbatas dV / dt (gelombang sinusoidal), fenomena arus berarti menghilang kerugian akan menjadi penting. Oleh karena itu IGBT tidak terlalu cocok untuk Zero Voltage Switch. 4.2.2 Zero Current Switch Dalam Zero Current Switch, sirkuit eksternal mendefinisikan arus dalam switch. Saat ini cenderung ke nol, dan karenanya IGBT tidak mematikan Arus, sehingga tidak ada kerusakan muncul. Masalah lain yang dapat terjadi dengan IGBT, menempel, tidak terjadi dalam mode ini. Bahkan jika IGBT kait pada arus maksimum, dapat turn-off kemudian karena arus didefinisikan oleh rangkaian eksternal. Para operator yang tersisa di dasar pnp-transistor dapat dipulihkan oleh arus positif ke dasar. Dalam Zero Current Switch, setengah gelombang negatif dari resonansi arus mengalir melalui dioda antiparalel. Selama waktu itu, tegangan negatif diterapkan pada IGBT. Sebuah arus mengalir melalui dioda tubuh MOSFET internal menjadi dasar pnp-transistor.

5. DUA-SWITCH konverter resonan

Seperti dalam konverter daya standar, untuk aplikasi daya yang lebih tinggi, dua switch dapat dihubungkan seperti ditunjukkan pada gambar 6 untuk membentuk konverter resonan setengah jembatan. Komponen pasif yang sama digunakan untuk resonansi dari kedua switch, dan transformator telah ditambahkan untuk menggerakkan beban.

5.1 Thyristor Modus Dalam contoh di atas, frekuensi pergantian switch (FSW) lebih rendah dari frekuensi resonansi dari rangkaian (f0). Hal ini menghasilkan sebuah "mati" zona dalam bentuk gelombang transformator, memberikan efisiensi keseluruhan miskin. Jika frekuensi switching meningkat, seperti yang ditunjukkan pada gambar 8, bentuk gelombang resonansi tumpang tindih dan transformator yang digunakan lebih efisien. Namun, switch sekarang harus mengaktifkan pada tingkat non-nol saat ini, dan sebagai dioda mematikan pada tingkat arus tinggi (misalnya titik A pada Gambar 7), kerugian akibat waktu pemulihan mereka akan tinggi.

5.2 Ganda Thyristor Modus

Pengaruh waktu pemulihan dioda dapat dikurangi dengan meningkatkan frekuensi switching lebih lanjut -. Lihat gambar 8 Dalam hal ini, dioda mati di nol saat ini. Keuntungan utama dari jenis sirkuit adalah

bahwa dioda intrinsik dari MOSFET, yang memiliki karakteristik pemulihan sebaliknya sangat miskin, dapat digunakan dalam sirkuit, menghilangkan kebutuhan untuk dioda diskrit lebih lanjut. KESIMPULAN Topologi konverter resonansi dapat digunakan untuk meningkatkan kecepatan circuit switching, yang memungkinkan biaya magnet sirkuit menjadi berkurang, sambil tetap beralih kerugian seminimal mungkin. Gelombang penuh bukan setengah topologi gelombang umumnya digunakan, karena mereka menghasilkan lebih sedikit EMI. Capacitive beralih kerugian ketika menyalakan dengan tegangan drainsource yang tinggi berarti bahwa MOSFET lebih cocok untuk Zero-Voltage daripada switch Zero-Current, sedangkan karakteristik turn-off yang miskin berarti bahwa IGBT adalah lebih cocok untuk topologi Zero-Current.

Referensi : http://www.st.com/st-web ui/static/active/en/resource/technical/document/application_note/CD00003905.pdf.