Jan MUĆKO Uniwerytet Technologiczno Przyroniczy w Bygozczy, Intytut Elektrotechniki Metoy terowania zeregowego alownika rezonanowego zapewniające jenoczeną komutację ZVS i prawie ZCS Strezczenie. W artykule przetawiono różne metoy terowania zeregowego alownika rezonanowego, które umożliwiają równoczeną pracę tranzytorów jako łączników ZVS i prawie ZCS. Sterowanie takie jet zczególnie atrakcyjne ze wzglęu na minimalizację trat komutacyjnych i możliwość pracy z wyokimi czętotliwościami przełączeń. W rozważaniach uwzglęniono cza martwy i jego położenie wzglęem ali prąu wyjściowego alownika. Abtract. The article preent ierent metho o erie reonant inverter control which make poible the imultaneou work o tranitor a the ZVS an the "almot ZCS witche. Such control metho are particularly attractive with regar on minimization o witching loe an poibility o work with high requencie. The ea time an it location in relation to current wave o the inverter wa coniere. (The control metho o erie reonant inverter which make poible the imultaneou work o tranitor a the ZVS an the "almot ZCS witche). Słowa kluczowe: alownik rezonanowy, miękka komutacja, ZVS, prawie ZCS. Keywor: reonant inverter, ot witching, ZVS an "almot ZCS. Wtęp W artykule przetawione zotały różne metoy terowania zeregowym alownikiem rezonanowym umożliwiające pracę tranzytorów jako łączników miękko przełączających. Szczególnie atrakcyjne, ze wzglęu na minimalizację trat komutacyjnych i możliwość pracy z wyokimi czętotliwościami przełączeń jet znalezienie takich meto terowania, które umożliwią równoczeną pracę tranzytorów jako łączników ZVS i prawie ZCS. Znane z literatury i częto toowane metoy terowania zeregowego alownika rezonanowego to (ry. 1): - moulacja czętotliwości (PFM), - moulacja zerokości impulów (PWM), - moulacja zerokości impulów za pomocą przeunięcia azowego ygnałów terujących pozczególne gałęzie motka (ang. Phae-Shit, PS-PWM, Clampe-Moe Control) powoująca ymetryczne zerowanie napięcia wyjściowego alownika (ang. Symmetrical Voltage Cancellation, SVC) [1], nie toowana w półmotkach, - aymetryczne zerowanie napięcia wyjściowego alownika (ang. Aymmetrical Voltage Cancellation, AVC) [], nie toowane w półmotkach, - aymetryczne terowanie wpółczynnikiem wypełnienia (ang. Aymmetrical Duty-Cycle, ADC [3, 4], Aymmetrical PWM) [5], - moulacja gętości impulów (PDM) wraz z jej omianami określanymi jako różne warianty terowania integracyjnego [6], - moulacja amplituy (PAM), - kombinacje wyżej wymienionych meto. Na ryunku 1 przetawione zotały typowe przebiegi la wymienionych powyżej poobów terowania. Szczególnymi przypakami moulacji AVC [] ą: PS- PWM (ry. 1.), ADC (ry. 1.e), AVC1h (ry. 1.). Przełączanie z czętotliwością, przy której natępuje ynchronizacja ali prąu i napięcia, częto wymieniane jet w literaturze jako optymalne z punktu wizenia minimalizacji trat komutacyjnych. W rzeczywitych ukłaach cza martwy mięzy załączaniem i wyłączaniem tranzytorów uniemożliwia wytępowanie komutacji miękkiej, zarówno ZCS jak i ZVS. W pobliżu momentów opowiaających zerowym wartościom prąu obciążenia natępuje wielokrotna komutacja (tranzytor ioa, ioa ioa, ioa tranzytor, tabela 1, Lp.5-7). O itnieniu tego problemy autor piał w artykule [7] a zachozące, analogiczne zjawika (jak przy moulacji PWM) przetawił w pracy [8]. Zaniem autora nie powinno ię tak terować alownika rezonanowego. Ry. 1. Typowe przebiegi la terowania poprzez moulację: a) PFM, b) PWM, c) AVC, ) PS-PWM, e) ADC, ) AVC1h g) PDM oraz chemat ieowy zeregowego alownika rezonanowego z obciążeniem w obwozie AC (R AC ) lub obwozie DC (R DC ) PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 33-97, R. 86 NR 6/1 137
Tymczaem wielu innych autorów touje właśnie takie, niekorzytne terowanie [9]. Celowa, zaniem autora, jet więc barziej zczegółowa analiza zjawik komutacyjnych uwzglęniająca czay martwe. W publikacjach [1, 11, 1] przetawione zotały metoy terowania, które umożliwiają pracę wóch tranzytorów motka jako łączników ZCS oraz wóch jako łączników ZVS. Jena z przetawionych meto, polegająca na jenoczenej moulacji PS-PWM oraz Loa- Aaptive PFM (LA-PFM), jet zczególnie ciekawa, ponieważ gwarantuje tzw. krytyczne ZCS. Krytyczne ZCS (poobnie jak przy moulacji PDM czy tzw. terowaniu integracyjnym) to wyłączanie jenego i załączanie rugiego tranzytora, tej amej wuczłonowej gałęzi, przy zerowej wartości prąu obciążenia. Onoząc ię o publikacji [1] autor jet zania, że zaprezentowany tam poób terowania powinien być zmoyikowany: - cza martwy mięzy tanami przewozenia tranzytorów pracujących jako łączniki ZVS nie powinien być tały, lecz wyznaczany w ukłazie terownika łącznika ZVS. Lepzym rozwiązaniem, zaniem autora, jet więc kontrolowanie napięcia na łącznikach ZVS zamiat utalanie wartości czau martwego. Poobnie, zamiat utrzymywać "krytyczne ZCS" należałoby nieznacznie zwiękzyć czętotliwość, by ruga para tranzytorów pracowała z warunkach ZVS i "prawie ZCS". Nie bęzie wówcza problemu z przełaowaniem włanych pojemności tranzytorów. W artykułach [11, 1] pokazane zotały przebiegi, la których wa tranzytory pracują jako łączniki ZVS a pozotałe wa jako łączniki ZVS i prawie ZCS. Nie uwzglęniono natomiat wpływu czaów martwych na pracę tych łączników i nie wyznaczono czaów wyprzezenia wyłączania tranzytorów w tounku o momentów opowiaających zerowym wartościom prąu. W związku z powyżzym autor uważa, że przeprowazenie barziej zczegółowa analizy pracy alownika terowanego poprzez moulację PS-PWM i jenocześnie LA-PFM przy uwzglęnieniu zjawik komutacyjnych w gałęzi z łącznikami ZCS jet celowe. Analizując tan obecny zaganienia autor wybrał natępujące ukłay i metoy terowania, które poał alzej, barziej zczegółowej analizie po kątem możliwości zapewnienia równoczenej pracy tranzytorów jako łączników ZVS i prawie ZCS jenocześnie: - ukłay z protownikami na wyjściu lub bez, - ukłay z tranormatorami lub bez (z oatkowymi inukcyjnościami ołączonymi równolegle o wyjścia alownika lub bez), - praca alownika bez moulacji (lub z moulacją PDM) albo z jenoczeną moulacją PS-PWM i LA-PFM. Rozaje komutacji W ukłazie alownika wyróżnić można rozaje komutacji [7] przetawione w tabeli 1. Przyjęto oznaczenia: T, D tranzytor, ioa;, - komutacja mięzy elementami połączonymi równolegle, zeregowo; TI o =, DI o = - prą tranzytora (ioy) zanika wraz z prąem w obwozie obciążenia; I o =T - prą w obwozie obciążenia zaczyna płynąć po załączeniu tranzytora; +, - - pełnienie (+) lub nie pełnienie (-) warunków pracy jako łącznika ZCS albo ZVS. Każy z przypaków komutacji wiąże ię z przełaowaniem pojemności złącz i ewentualnie oatkowych konenatorów, jeśli ą one ołączone. Komutacja T D przebiegać bęzie z naturalnym przełaowaniem pojemności złącz, bez treów prąowych. Natomiat przy komutacji D T wytępować bęą trey prąowe w elementach związane z impulowym rozłaowaniem pojemności oraz prąami wtecznymi io zwrotnych. Tabela 1. Możliwość pracy łączników jako miękko przełączających w zależności o rozaju komutacji Lp. Typ komutacji Możliwość pracy ZVS ZCS 1 TD + DT + 3 T D - 4 D T - 5 T T T D, D D, D T - - 6 T D, DT + - 7 TD, D T - + 8 T T - - 9 T T optymalne + 1 D D 11 T I o = + 1 I o = T - 13 D I o = 1 I o = D Na zczególną uwagę załuguje komutacja T T. W zależności o czau martwego (mięzy przewozeniem jenego i rugiego tranzytora), jego położenia w tounku o momentu opowiaającego zerowej wartości prąu obciążenia oraz pojemności tranzytorów i io (wraz z ołączonymi konenatorami) mogą zajść natępujące przypaki: 1. tranzytor wyłącza prze a kolejny tranzytor załącza po przejściu przez zero ali prąu obciążenia, natępuje trzykrotne przełaowanie pojemności łączników, w tym jeno związane ze treem prąowym (D T) - nie możliwa jet praca tranzytorów jako łączników ZVS ani jako ZCS (tab. 1, Lp.5, ry. a),. komutacja rozpoczyna ię i kończy prze oiągnięciem zerowej wartości przez prą obciążenia, natępuje naturalne przełaowanie pojemności łączników - możliwa jet komutacja ZVS (tab. 1, Lp.6, ry. b), 3. komutacja rozpoczyna ię i kończy po przejściu przez zero ali prąu obciążenia, wytępuje tre prąowy (D T) - możliwa jet komutacja ZCS (tab. 1, Lp.7, ry.c), 4. komutacja rozpoczyna ię prze momentem opowiaającym zerowej wartości prąu obciążenia a kończy ię po (tab. 1, Lp.8, ry. ) lub prze tym momentem (tab. 1, Lp.8, ry. e); w obu przypakach natępuje niepełne naturalne przełaowanie pojemności elementów i tre prąowy powoowany ich wymuzonym przełaowaniem nie możliwa jet praca tranzytorów jako łączników ZVS ani jako ZCS, 5. komutacja rozpoczyna ię prze momentem opowiaającym zerowej wartości prąu obciążenia a kończy ię okłanie w chwili gy napięcie na załączanym elemencie i prą obciążenia oiąga wartość zero (tab. 1, Lp. 9, ry. ) możliwa jet komutacja ZVS a prą wyłączany przez tranzytor jet minimalny; jet to przypaek optymalny, lecz truny w realizacji praktycznej. Na ryunku wykrzyknikami (!!!) zaznaczono przypaki, w których natępuje niekorzytne, impulowe przełaowanie pojemności włanych elementów (i ołączonych konenatorów) oraz związane z tym trey prąowe. W przypaku zbyt użej pojemności złącz (i oatkowych konenatorów ociążających) lub zbyt późnego rozpoczęcia proceów komutacyjnych napięcie na 138 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 33-97, R. 86 NR 6/1
załączanym tranzytorze nie oiągnie wartości równej zeru. W tym przypaku najkorzytniej jet załączyć kolejny tranzytor przy jego minimalnym napięciu, tj. w chwili gy prą obciążenia alownika równy jet zeru (ry. ). Spoób wyznaczenia czau trwania naturalnego rozłaowania pojemności związanych z łącznikami alownika, który jet czaem trwania komutacji ZVS ilutruje ryunek 3. Na ryunku tym pokazano przebieg prąu i napięcia wyjściowego alownika przy obroci obwou rezonanowego Q AC = 1. W rozważaniach, la uprozczenia przyjęto inuoialny kztałt prąu wyjściowego alownika (krzywa 3). Już la obroci Q AC = rzeczywity kztałt prąu praktycznie nie obiega o inuoiy a rzeczywita i przybliżona wartość prąu w chwili komutacji różni ię zalewie o kilka procent w tounku o amplituy. gzie: t k1 cza w chwili rozpoczęcia komutacji, t k cza zakończenia komutacji ZVS (w którym napięcie na załączanym łączniku oiąga wartość równą zeru), C n umaryczna pojemność złącz tranzytora, ioy zwrotnej oraz równolegle ołączonego konenatora. Z zależności () wynika, że cza trwania komutacji ZVS (ry. 3a) t k =t k -t k1 wynoi: 1 CnU (3) tk arcco co( tk1) tk1 I m Dla optymalnego przypaku (tab.1, Lp.9; ry., 3b), w którym napięcie na załączanym tranzytorze oraz prą obciążenia oiągają wartość równą zeru w chwili t = T /, cza trwania komutacji, wynoi: Ry. Przebiegi prąu i napięcia wyjściowego alownika w zależności o czau martwego (mięzy przewozeniem jenego tranzytora i rugiego tranzytora) i jego położenia w tounku o chwili przejścia przez zero ali prąu obciążenia oraz o zatępczej pojemności łączników Metoy terowania zeregowego alownika rezonanowego zapewniające jenoczeną komutację ZVS i prawie ZCS Prą wyjściowy alownika la ukłau motkowego i obciążenia w obwozie AC (bez protownika wyjściowego) wyrażony jet przybliżoną zależnością [13] (1) ifal I m in( t) U m gzie: Im Z, 4U Um, Z R 1 ( Q AC ),, 1 L r C, Z Lr Qac, Z r Rac Cr U - napięcie zailające alownik, R AC rezytancja obciążenia w obwozie AC, Q AC obroć obwou rezonanowego, ω pulacja opowiaająca czętotliwości przełączania. Łaunek potrzebny o rozłaowania pojemności łączników (la założonego, inuoialnego prąu wyjściowego alownika, ry. 3, obzar 4) wynoi: tk () Q Im in( t) t CnU tk1 Ry. 3. Ilutracja poobu wyznaczenia czau trwania naturalnego rozłaowania zatępczej pojemności łączników w zeregowym alowniku rezonanowym; 1, napięcie i prą wyjściowy alownika, 3 aprokymowany inuoią prą wyjściowy alownika, 4 łaunek zgromazony w złączach (i ołączonych konenatorach) T tkopt tk1opt twopt (4) T 1 C arcco nu 1 Im Zależność (4) wkazuje także optymalną wartość czau wyprzezenia t wopt wyłączania tranzytora w tounku o momentu opowiaającego zerowej wartości prąu obciążenia. Przy aprokymacji przebiegu prąu i Fal w pobliżu t = T / unkcją liniową równanie (4) przyjmuje potać: (5) t kopt twopt C U n Im Z wzorów (4, 5) wynika, że cza wyprzezenia wyłączania t wopt zależy mięzy innymi o obciążenia i czętotliwości przełączeń. Powinien być on na bieżąco wyznaczany przez ukła terowania alownikiem. Protzym, aczkolwiek gorzym rozwiązaniem taje ię przyjęcie czau wyprzezenia więkzego o optymalnego (zal. (5)) la założonego zakreu zmian obciążenia i czętotliwości. Czętotliwość przełączeń jet w tym przypaku o kilka... kilkanaście procent wyżza niż czętotliwość rgań włanych wł obwou rezonanowego R AC L r C r. Jeśli obciążenie zeregowego alownika rezonanowego tanowi protownik z iltrem PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 33-97, R. 86 NR 6/1 139
pojemnościowym, to obroć obwou rezonanowego Q AC jet uża (o kilku o kilkuzieięciu) i przebieg prąu wyjściowego alownika la czętotliwości przełączeń wł praktycznie nie obiega o inuoiy. W celu oiągnięcia optymalnej komutacji ZVS i prawie ZCS należy więc terować alownik zgonie z zależnością (4) lub (5), albo przyjąć przypaek gorzy, lecz protzy w realizacji tałą wartość czau wyprzezenia wyłączania wyznaczoną la minimalnego założonego obciążenia. W tym przypaku nie możliwa jet praca tranzytorów alownika jako łączników ZVS w tanie jałowym. Amplitua prąu alownika przy obciążeniu R DC wynoi [14]: (6) I m U RDC 1 1 π U 1 I RDC R / / 4 R / DC gzie: R DC, U RDC, I RDC rezytancja, napięcie i prą obciążenia w obwozie DC, za protownikiem. Cechą charakterytyczną takiego alownika (z protownikiem wyjściowym) jet impulowy przebieg prąu alownika (ry. 4) la < wł i rezytancji ołączonej o wyjścia protownika [13]: (7) R DC 1 8C r Z π 4 DC wyłączany przez nie prą wynoił zalewie kilka procent wartości prąu makymalnego. Na ryunku 6 przetawione zotały przebiegi prąów i napięć w ukłazie w przypaku tranormatorów z różnymi wartościami prąów magneujących uzykane na roze ymulacji. Ryunek 6a otyczy tranormatora bez zczeliny [14] natomiat 6b ze zczeliną powietrzną [15]. W przypaku (a) inukcyjności rozprozeń były około 1- krotnie mniejze a inukcyjność główna około 1-krotnie więkza niż w przypaku (b). Pojemności konenatorów C, C 4 oraz C 3 obrano tak, aby czętotliwości pracy oraz czay komutacji w obu przypakach były zbliżone. W obu przypakach napięcie zailające wynoiło 3 V a moc tracona w obciążeniu R DC ok. 9 W. Ry. 5. Schemat ieowy zeregowego alownika rezonanowego z łącznikami ZVS i prawie ZCS, w którym elementami obwoów rezonanowych ą inukcyjności rozprozeń i inukcyjność główna tranormatora Ponato la tego zakreu obciążeń i czętotliwości napięcie na wyjściu protownika jet tałe i równe napięciu wejściowemu alownika (ry. 4). Ry. 4. Charakterytyka napięcia wyjściowego w unkcji czętotliwości z zaznaczeniem obzaru prąu ciągłego oraz impulowego Ukła taki może być więc toowany w przekztałtnikach DC/DC zachowujących tały tounek napięcia wyjściowego o wejściowego. Jeśli na wyjściu alownika znajować ię bęzie tranormator (ry. 5), to tounek ten równy jet przekłani tranormatora a inukcyjności rozprozenia wykorzytane mogą być jako części kłaowe obwou rezonanowego [14, 15]. Natomiat inukcyjność główna tranormatora powouje, że przez tranzytory płynie prą magneowania, niezależnie o tego czy ukła jet w tanie jałowym, czy też obciążony rezytancją R DC. W ukłazie tym uzykać można pracę tranzytorów jako łączników ZVS i prawie ZCS także w tanie jałowym (R DC ). Jak barzo proce wyłączania tranzytorów zbliża ię o iealnego ZCS zależy o wartości prąu magneowania tranormatora w chwili komutacji, a więc o tego czy jet to tranormator ze zczeliną powietrzną czy też bez. Tranormatory ze zczeliną powietrzną to np. tranormatory z obrotową częścią wtórną. Natomiat tranormatory z nieruchomą częścią wtórną mogą mieć zczelinę o pomijalnej zerokości. W tym przypaku można terować tak tranzytory aby pracowały jako łączniki ZVS a Ry.6. Przebiegi prąów i napięć w ukłazie z ryunku 5 przy różnych wartościach inukcyjności rozprozeń tranormatora W półokreie pracy ukłau wyróżnić można 4 przeziały czaowe (ineky p1, p, p3, p4 oznaczają przeziały 1,, 3 i 4). W przeziale 1 załączony jet protownik wyjściowy. Obwó rezonanowy, kłaający ię z konenatorów C, C 4 i inukcyjności rozprozenia L 1 i L, pobuzony zotaje w chwili t poprzez załączenie łącznika T 1 (T w rugim półokreie). Ten obwó rezonanowy ma niewielką impeancję, która określa amplituę prąu (o kztałcie zbliżonym o inuoiy). W przeziale 1 przez tranzytor płynie także prą magneowania tranormatora, którego kztałt zbliżony jet o trójkątnego. Przeział. W chwili t 1 14 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 33-97, R. 86 NR 6/1
protownik wyjściowy blokuje. Powtaje nowy obwó rezonanowy utworzony z konenatora C i inukcyjności L 1 + L µ (la małych zczelin L 1 + L µ L µ ). Wartość prąu i 1 tranormatora oraz łącznika zwiękza ię w przybliżeniu liniowo. Przeział 3. W chwili t wyłączony zotaje przewozący tranzytor. Prą magneowania tranormatora zaczyna płynąć przez konenator ((C C 3 /(C +C 3 )) C 3. Przebiegi napięcia na konenatorze C 3 oraz na łącznikach zależą więc o prąu magneowania w chwili t oraz o pojemności C 3. Napięcie na łącznikach zmienia ię w przybliżeniu liniowo. Przeział 4. W momencie t 3 zaczyna przewozić protownik wyjściowy ponieważ wartość napięcia u Prac na jego wejściu przekracza wartość u Rc. Prą tego protownika jet mały w porównaniu z prąem magneowania, więc tromość naratania (opaania) napięcia na konenatorze C 3 jet praktycznie taka ama jak w przeziale 3. Przeział 4 trwa o chwili t 4, w której napięcie na otychcza nie przewozącym tranzytorze oiągnie wartość równą zeru. W chwili t 4 natępuje załączenie tego tranzytora (ZVS). Sterując tranzytory tak, że cza t -t 1 = uzykuje ię eliminację przeziału (ry. 8). Dobierając opowieni konenator C 3 uzykuje ię zamierzony cza naratania (opaania) napięcia na tranzytorach i tranormatorze. Jeśli oatkowo t 4 -t << t 1 -t =T p1 to T T p1 ( p1, czętotliwość przełączeń jet w przybliżeniu równa czętotliwości rgań włanych obwou C, C, L 1, L ). Prą przełaowujący konenator C 3 w przeziale komutacji 3 i 4 wynoi [15]: ZVS i (prawie) ZCS jenocześnie. Optymalnym jet takie terowanie tranzytorów T1 i T, aby komutacja obywała ię jak na ryunkach i 3b. Cza t w wyprzezenia wyłączania tych tranzytorów wyznaczyć można z zależności (1)...(5), przy czym inna bęzie amplitua potawowej harmonicznej napięcia wyjściowego alownika: (1) 4U U m co gzie (zgonie z ry. 7): (1a) T π ( ton ) la moulacji LA-PFM i PWM (przy t = T /) lub (1b) T π t la moulacji LA-PFM i PS-PWM. (8) Iμ max U /( 4( L1σ Lμ ) ) Cza komutacji ZVS nie zależy o wartości napięcia zailającego ani o obciążenia [15] (po warunkiem, że tranzytor nie zotał wyłączony prze końcem przeziału 1). Dla przełaowywania tego konenatora prąem o tałej wartości I µmax (zal. (8)) cza ten wynoi: (9) tk t4 t t ( C3 / Iμ max ) UC3 4( L1σ Lμ ) C3 Regulacja napięcia (mocy) na wyjściu alownika w opianych wyżej przypakach obywać ię może poprzez moulację PAM (zmiana napięcia zailającego alownik) lub przez różne omiany moulacji PDM. Ciekawym poobem terowania alownikiem, w którym wa tranzytory załączane ą przy zerowym napięciu (ZVS) a pozotałe wa przełączane ą ynchronicznie z alą prąu obciążenia (tzw krytyczne ZCS), jet jenoczena moulacja PS-PWM i Loa-Aaptive PFM (LA-PFM) [11, 1]. W publikacjach tych nie rozważono jenak oboru czaów martwych i czau wyprzezenia przełączania wóch łączników tak, aby mogły one pracować jako łączniki ZVS i prawie ZCS jenocześnie. Autor niniejzego artykułu wykazał [7], że analogiczne przebiegi czaowe (oraz charakterytyki) uzykuje ię także przy terowaniu z nieymetryczną moulacją PWM (jak na ry. 7) i jenocześnie LA-PFM. Dalze rozważania otyczyć więc bęą obu poobów terowania: LA-PFM i PS-PWM oraz LA-PFM i nieymetrycznego PWM. Sygnały terujące tranzytory T1 i T ą ynchronizowane z alą prąu obwou RLC (Loa-Aaptive PFM). Dla oatniej wartości prąu i Fal załączony jet tranzytor T1 a la ujemnej tranzytor T (ry. 7). Przy przypiezonym wyłączaniu tych tranzytorów w tounku o ali prąu tranzytory te mogą pracować jako łączniki Ry. 7. Przebiegi w ukłazie alownika: a) ygnały terujące przy moulacji LA-PFM i PS-PWM b) ygnały terujące przy moulacji LA-PFM i nieymetrycznej PWM, c) napięcia i prąy, ) charakterytyki: 1 - I max /I*, - P/P*, 3 - I max /I, 4 - I kom /I*, 5 D; I*= U /Z, P*=U /Z,,P moc obciążenia, I kom prą komutowany, D wpółczynnik wypełnienia Baania ymulacyjne i ekperymentalne Symulację pracy zeregowego alownika rezonanowego przeprowazono przy różnych, wybranych metoach terowania. Były to mięzy innymi: moulacja PFM, równoczene terowanie PWM i LA-PFM oraz PS-PWM i LA-PFM. Na ry. 1h przetawiono chematy ieowe rozpatrywanych obwoów głównego alownika. Rozważania prowazone były la przypaku zeregowo włączonego obciążenia (SL-SRC), z protownikiem wyjściowym oraz bez protownika. Wzytkie z przetawionych na ryunkach, 3, 6 i 7 przebiegów uzykano na roze ymulacji komputerowej. Wykonano także zereg ukłaów o chemacie z ryunku 5, charakterytykach z ryunku 4 i przebiegach jak na ryunku 6a oraz 6b. Były to ukłay o mocach o kilkuet W o ok. 5 kw i czętotliwościach przełączeń...5khz. Przykłaowe PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 33-97, R. 86 NR 6/1 141
ocylogramy przebiegów prąów i napięć w tych ukłaach przetawiono na ryunku 8. Sprawności tych ukłaów ochoziły o ok. 96%. Ukłay pracujące z moulacją PFM, których tranzytory przełączają jak pokazano na ryunku b oraz przy makymalnej mocy poobnie jak na ryunku wrożono o proukcji eryjnej [8]. Ukła terowania, w którym zagwarantowane jet otateczne wyprzezenie wyłączania w tounku o przejścia przez zero ali prąu przetawiony zotał przez autora w pracy [8]. Ukłay o poobie terowania jak na ryunku 7a, 7b ą w azie projektowania. Ry. 8. Przebiegi prąów i napięć w ukłaach ekperymentalnych, których chemat przetawiony zotał na ry. 5: a), b) o mocy 3,5 kw, = khz, tranormator bez zczeliny, c), ) o mocy,9 kw, =9 khz, tranormator ze zczeliną, z obrotową częścią wtórną Wnioki W artykule charakteryzowano procey komutacji tranzytorów i io w zeregowym alowniku rezonanowym przy uwzglęnieniu czaów martwych mięzy wyterowaniem tranzytorów. Przetawiono topologie i pooby terowania alownikiem, które umożliwiają jenoczeną z komutację ZVS i prawie ZCS. Komutacja taka jet optymalna z punku wizenia minimalizacji trat związanych z przełączaniem. Analizowane truktury ukłaów to zeregowe alowniki rezonanowe z zeregowo włączonym obciążeniem: a) w obwozie AC, b) w obwozie DC (za protownikiem z iltrem), z oatkowymi cewkami ołączonymi o wyjścia alownika lub bez tych cewek umożliwiających komutację ZVS z tanie jałowym. Rolę oatkowych cewek pełniły w ukłaach ekperymentalnych inukcyjności główne tranormatorów. Spooby terowania umożliwiające jenoczeną komutację ZVS i prawie ZCS to: a) terowanie ze tałą czętotliwością: - powyżej czętotliwości rgań włanych nietłumionego obwou L r C r la ukłau z protownikiem, z zachowaniem warunku anego zależnością (5), - poniżej czętotliwości rgań włanych nietłumionego obwou L r C r (,9...,95 ) la ukłau z protownikiem, oatkową cewką zapewniającą komutację ZVS w tanie jałowym i obciążeniem z zakreu R DC > Z (/4)( / ); b) terowanie ze zmienną czętotliwością, ynchronizowane alą prąu obciążenia (LA-PFM), - powyżej czętotliwości rgań włanych obwou R AC L r C r z zachowaniem warunku anego zależnością (5), - z oatkową moulacją PS-PWM lub nieymetryczną PWM, powyżej czętotliwości rgań włanych obwou R AC L r C r z zachowaniem warunku anego zależnością (5) la jenej pary tranzytorów. Charakterytyczną cechą poobu terowania LA-PFM + PS-PWM jet to, że regulując moc wyjściową w zerokim zakreie (przy tounkowo niewielkich zmianach czętotliwości przełączeń) zapewnia ię miękkie przełączanie, przy czym wa z tranzytorów mogą pracować w optymalnych warunkach z punktu wizenia minimalizacji trat komutacyjnych (ZVS i "prawie ZCS"). Pozotałe wa tranzytory pracować bęą tylko z komutacją ZVS. LITERATURA [1] K a zimierc zuk M. K., Synthei o phae-moulate reonant c/ac inverter an c/c converter, Proc. Int. Elect. Eng., vol. 139, pp. 387 394, Jul. 199. [] Barragan L., Burio J., Artiga J., Navarro D., Acero J., Puyal D, Eiciency optimization in ZVS erie reonant inverter with aymmetrical voltage-cancellation control, IEEE Tran. on Power Electron, pp. 136-144, 5. [3] Burío J., Canale F., Barboa P., Lee F., A comparion tuy o ixe-requency control trategie or ZVS c/c erie reonant conveter, in IEEE PESC 1 Proc., vol.1, pp. 47-43 [4] Imberton, Mohan N., Aymmetrical uty cycle permit zero witching lo in PWM circuit with no conuction lo penalty, IEEE Tran. In. Applicat., vol.9, no.1, pp.11 15, 1993. [5] Jain P., St-Martin A., Ewar G., Aymmetrical pulewith moulate reonant c/c converter topologie, IEEE Tran. on Power Electron., vol. 11, no. 3, pp. 413 4, 1996. [6] M a t y ik, J. T., A New Metho o Integration Control With Intantaneou Current Monitoring or Cla D Serie-Reonant Converter, IEEE Tranaction on Inutrial Electronic, pp. 1564-1576, 6. [7] Mućko J., Szeregowy alownik rezonanowy - metoy terowania a możliwości zatoowania łączników miękko przełączających, Wiaomości Elektrotechniczne, tr. 39-45, nr 3/6 [8] M u ćko J., Aktywator olii z alownikiem rezonanowym - właściwości, metoy i ukłay terowania, Przeglą Elektrotechniczny, nr 11/5, tr. 4-49 [9] Jinei Shen; Hongbin Ma; Wenxu Yan; Jing Hui; Lei Wu, PDM an PSM Hybri Power Control o a Serie-Reonant Inverter or Inuction Heating Application, 1ST IEEE Conerence on Inutrial Electronic an Application, 6, pp. 1 6, 6 [1] Nagai S., Hiraki E., Arai Y., Nakaoka M., New phae-hite ot-witching PWM erie reonant inverter topologie an their practical evaluation, Power Electronic an Drive Sytem, pp. 318-3, 1997. [11] Nagai S., Nagura H., Nakaoka M., Okuno A., Highrequency inverter with phae-hite PWM an loa-aaptive PFM control trategy or inutrial inuction-heating, IEEE Inutry Application Society Annual Meeting, pp. 165-17, 1993. [1] Nagai S., Michihira M., Nakaoka M., New phae-hite otwitching PWM high-requency erie reonant inverter topologie an their practical evaluation, International Conerence on Power Electronic an Variable-Spee Drive,, pp. 74-79, 1994 [13] M u ć ko J., "Analiza zjawik w ukłaach alowników z wyjściowym zeregowym obwoem rezonanowym", Przeglą Elektrotechniczny, nr 3/6 tr. 55-58 [14] M u ć k o J., B e n ien J.Ch., Tranzytorowy konwerter rezonanowy o barzo małych tratach komutacyjnych i nikim poziomie zakłóceń raiowych, Archiwum Elektrotechniki, 1989, Tom XXXVIII, tr.3...13 [15] M u ć ko J., Przekztałtnik rezonanowy o bezotykowego traneru energii elektrycznej o jenotkowym wpółczynniku mocy i miękko przełączających tranzytorach, Przeglą Elektrotechniczny, nr 1/9, tr. 195-198. Autor: r inż. Jan Mućko, Uniwerytet Technologiczno -Przyroniczy, Intytut Elektrotechniki, ul. Pro. S. Kalikiego 7,, 85-796 Bygozcz, E-mail: mucko@utp.eu.pl; 14 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 33-97, R. 86 NR 6/1