بررسی و ارائه روشی جهت بهبود عملکرد اینورتر ZVT

STUDENT

DEGREE

YEAR

Soft-switching topologies are now one of the most viable solutions for increasing switching frequency. New soft-switching topologies to both improve the converter efficiency and to reduce the EMI and device stresses. In this thesis, a new soft-switching control scheme for auxiliary resonant commutated pole (ARCP) ZVT inverter is proposed. In the proposed soft-switching method, instantaneous voltage feedbacks of inverter switches are used in inverter control circuit to turn on main switches under ZVS condition. Therefore, in an inverter leg when a switch is turned off, the other switch is triggered for turn on after a dead-band and only if the voltage across it has reached zero. The significant advantages of this method are its simple structure and good performance in comparison with conventional ARCP ZVT inverter. Also, the need for current sensing to provide soft-switching operation is eliminated. The control signals of the auxiliary devices are pre-defined and fixed during the design process. In addition, all the main and auxiliary switches are soft switched and the auxiliary circuit current level is adapted to the load current, thereby minimizing the conduction losses. The proposed strategy has better efficiency and implementation of the control method is less costly than other strategies of ARCP ZVT inverter control. The operating principle and design procedures are presented in this thesis. Simulation results verify the proposed converter operation analysis and control method.

امروزه از اینورترها در کاربردهای صنعتی نظیر منابع تغذیه بدون وقفه, درایوهای موتورهای الکتریکی و … استفاده می‌شود. پیشرفتهای اخیر در ساخت ادوات نیمه‌هادی قدرت با فرکانس سوئیچینگ بالا, امکان استفاده از روشهای کنترل PWM با فرکانس بالا را فراهم آورده است. به کمک این روشها, اعوجاج خروجی کاهش می‌یابد و کاهش اندازه فیلتر و حجم مبدل, کاهش نویزهای صوتی و … را در پی خواهد داشت. در فرکانسهای سوئیچینگ بالا, تلفات سوئیچینگ سوئیچ‌های نیمه‌هادی قدرت و نویز EMI افزایش می‌یابد که باعث محدود شدن فرکانس کار و پایین بودن راندمان مبدل می‌شود. روشهای مختلفی برای کاهش تلفات سوئیچینگ پیشنهاد شده است. از مهم‌ترین و کارآمدترین این روشها استفاده از تکنیک سوئیچینگ نرم می‌باشد. با افزودن مدارهای کمکی به ساختار اینورترهای با سوئیچینگ سخت می‌توان سوئیچینگ را در شرایط ولتاژ صفر و یا جریان صفر انجام داد. علاوه بر این می‌توان استرس جریان و ولتاژ سوئیچها را نیز محدود کرد تا اثر تداخلات الکترومغناطیسی با امواج رادیوئی کاهش یابد. مجموعه این مدارهای کمکی به همراه استراتژی خاص سوئیچینگ که موجب رفع مشکلات ناشی از سوئیچینگ سخت و افزایش راندمان مبدل می‌گردد را سوئیچینگ نرم می‌نامند. در اینورترهای با سوئیچینگ نرم یک شبکه رزونانسی با فرکانس رزونانس بسیار بالاتر از فرکانس کار اینورتر, شرایط ایجاد ولتاژ و یا جریان صفر را در لحظه سوئیچینگ فراهم می‌سازد. در صورتی‌که سوئیچینگ در این لحظات صورت گیرد, سوئیچینگ نرم انجام گرفته است. در اینورترهای سوئیچینگ نرم, اینورترهای ZVT در طرف بار با شش سوئیچ کمکی از موضوعات مهم تحقیقاتی می‌باشند. از انواع مهم این اینورترها عملکرد اینورتر ARCP مورد بررسی قرار گرفته است. در این اینورتر روش کنترل زمان متغیر به طور معمول برای تحقق بخشیدن شرایط سوئیچینگ نرم استفاده شده است. این روش کنترلی, زمان بهینه تریگر شدن سوئیچهای کمکی را بر طبق سطح جریان بار تنظیم می‌کند و با کاهش انرژی گردشی در مدار کمکی استفاده از آن را برای کاربردهای توان بالا مناسب ساخته است. بنابراین کنترل زمان متغیر عملکرد ZVS را همراه با کاهش انرژی گردشی حاصل می‌کند. اما در آن فیدبک جریان بار لحظه‌ای برای ایجاد سیگنالهای کنترل سوئیچهای کمکی مورد نیاز می‌باشد که باعث افزایش پیچیدگی سیستم کنترل می‌گردد و پیاده‌سازی و اجرای آن را مشکل می‌سازد. در روش سوئیچینگ نرم پیشنهادی که در این پایان‌نامه ارائه گردیده است از فیدبک ولتاژ لحظه‌ای سوئیچها در مدار کنترل اینورتر برای روشن‌ کردن سوئیچهای اصلی تحت شرایط ZVS استفاده می‌گردد. بنابراین تریگر شدن هر سوئیچ اصلی یک ساق اینورتر پس از گذشت یک زمان مرده از خاموش شدن سوئیچ اصلی متناظر با آن هنگامی صورت می‌گیرد که ولتاژ آن به صفر منطقی رسیده باشد. یکی از مزایای روش پیشنهادی, حذف سنسور جریان و استفاده از سنسور ولتاژ می‌باشد که پیاده‌سازی و اجرای اینورتر را آسان‌تر می‌سازد. همچنین در این روش, سیگنالهای کنترل سوئیچهای کمکی پس از یک زمان وقفه ثابت از خاموش شدن سوئیچهای اصلی مربوطه تریگر می‌شوند و پهنای پالس سیگنالهای کنترل سوئیچهای کمکی ثابت انتخاب می‌گردد.