معرفی اینورتر رزونانسی و کاربردهای آن

به گزارش "برق نيوز"  دربسیاری از کاربردها،به اینورترهایی برای تبدیل ولتاژها یا جریان های DCبه ولتاژها یا جریان های سینوسی فرکانس بالا (چند صد کیلو هرتز) با هارمونیک کم یا متوسط نیازمندیم . یک اینورتر رزونانسی ساده درشکل1 نمایش داده شده است .  همان گونه که درشکل5 نشان داده شده است، طیف این ولتاژ شامل هارمونیک پایه وهارمونیک های فرد است. این ولتاژ به ترمینال های ورودی مدار رزونانس ( تانک ) اعمال می شود. 

البته روش های دیگری نیز برای کنترل ولتاژ خروجی امکان پذیر است؛ روش هایی مانند کنترل phase-shift. مدارهای رزونانس متنوعی به عنوان تانک می توانند به کار گرفته شوند شکل های 3 تا 5، تانک های معروف سری ، موازی و LCC را نشان می دهند. اینورترهای رزونانسی با نوع تانکشان شناخته می شوند مثلاً اینورترهای رزونانسی سری ، موازی یا LCC .

کاربرد - بالاست الکترونیکی لامپ های گازی

شکل 6 یک اینورتر فرکانس بالا را نشان می دهد که برای بالاست الکترونیکی یک لامپ گازدار به کار گرفته شده است . یک ساختار نیم پل اینورتر LCC ، لامپ را با یک ولتاژ تقریباً سینوسی فرکانس بالا ، راه اندازی می کند . مبدل رزونانسی به منظور فراهم کردن یک ولتاژ نسبتاً زیاد برای راه اندازی و یک ولتاژ کمتر پس از راه اندازی ، کنترل می شود .

 مبدل DC-DC رزونانسی

امروزه استفاده از مبدل های رزونانسی به دلیل مزایای آن ها از جمله راندمان زیاد ، فرکانس سوئیچینگ بالا ، چگالی توان زیاد و نویز الکترومغناطیسی کم ، بسیار متداول شده است . مبدل های قدرت رزونانسی شامل یک تانک رزونانس(تشدید) LC می باشند که شکل موج جریان و ولتاژ این تانک درهر زیرفاصله ی زمانی از سوئیچینگ به شکل سینوسی تغییر می کند .

به گزارش "برق نيوز"  سوئیچینگ نامناسب مهم ترین بخش تلفات توان در مبدل هاست . عناصر سوئیچینگوقتی که در لحظه ی قطع یا وصل کردن ، ولتاژ و جریان غیر صفر داشته باشند ، تلفات توان را موجب می شوند . با افزایش فرکانس سوئیچینگ ، تعداد این قطع و وصل شدن ها در واحد زمان بیشتر می شود و لذا تلفات سوئیچینگ بیشتر می شود . در حالی که سوئیچینگ فرکانس بالا مطلوب است چرا که افزایش فرکانس ، کاهش اندازه فیزیکی اجزای فیلتر و ترانسفورمرها را موجب می شود و به کم شدن ابعاد و وزن مبدل می انجامد .

در مدارهای سوئیچینگ رزونانسی ، قطع و وصل شدن عناصر سوئیچ کننده در لحظاتی انجام می شود که جریان و یا ولتاژ آن ها صفر می شوند . این نوع سوئیچینگ " سوئیچینگ نرم" نامیده می شود و در نقطه ی مقابل " سوئیچینگ سخت" قرار دارد . ( همان نوع سوئیچینگی که در مورد مثلاً مبدل های buck مبتنی بر PWM دیدیم ) ســــــــوئیچینگ نـــــــــرم ، تلفــــــــات ســـــــــوئیچینگ را از میـــــان بر می دارد.

مبدل های قدرت رزونانسی شامل یک تانک رزونانس(تشدید) LC می باشند که شکل موج جریان و ولتاژ این تانک درهر زیرفاصله ی زمانی از سوئیچینگ به شکل سینوسی تغییر می کند . این شکل موج های سینوسی دامنه ی بزرگی دارند . یک مبدل DC-DC رزونانسی را می توان با یکسو سازی و فیلترکردن ولتاژac خروجی یک اینورتر رزونانسی ، ساخت .

شکل 7 یک مبدل DC-DC رزونانسی سری را نشان می دهد ، به وسیله ی یکسو کننده ی پل دیودی ، یکسو و توسط یک خازن بزرگ ، فیلتر شده می شود تا یک بار DC با ولتاژ V و جریان I را تغذیه کند . همان گونه که گفته شد،  با تنظیم فرکانس سوئیچینگ ( نزدیک و دور کردن آن به فرکانس رزونانس تانک ) قابل کنترل می باشند.

مبدل های DC-DC رزونانسی با تانک های سری ، موازی ، LCC یا سایر تانک ها به خوبی شناخته شده اند . این مبدل ها زمانی که احتیاجات خاص یک کاربرد ، استفاده از آن ها را توجیه می کند ، به کار گرفته می شوند . به عنوان مثال ، در منابع تغذیه DC ولتاژ بالا به کار می روند . زیرا اندوکتانس نشتی و ظرفیت خازنی سیم پیچ ها در ترانسفورمرهای ولتاژ بالا قابل توجه بوده و تشکیل مدار رزونانس توسط آنها اجتناب ناپذیر است . همین بحث در مورد ساخت اینورترهای لینک رزونانسی ( Resonant Link Inverter ) می توان به کار گرفت . در این موارد ، شبکه های سوئیچ قابل کنترل در دو طرف تانک استفاده می شود .

مبدل های شبه رزونانسی

به گزارش "برق نيوز"  در اواخر دهه ی 1980 پیشرفت بیشتر در تکنولوژی مبدل ها منجر به تولید نسل جدیدی از مبدل های سوئیچینگ نرم شد . این مبدل ها مزایای مبدل های PWM و مبدل های رزونانسی را ترکیب می کردند . مبدل های سوئیچینگ نرم جدید ، شکل موج های سوئیچینگ شبیه مبدل های PWM داشتند با این تفاوت که لبه های شکل موج ها به صورت نرم ( بدون جرقه ) افت و خیز می کرد . برخلاف مبدل های رزونانسی ، مبدل های جدید سوئیچینگ نرم ، رزونانس را به صورت کنترل شده به کار می گرفتند . یعنی درست قبل از فرایند قطع یا وصل ، برای ایجاد شرایط ZCS و ZVS ، رزونانس انجام می شد . از جمله این مبدل های تلفیقی می توان به مبدل های شبه رزونانسی یا سوئیچ های رزونانسی اشاره نمود .

شکل 8 این روش را برای تبدیل رزونانسی نشان می دهد که در آن عناصر رزونانس درشبکه ی سوئیچینگ PWM گنجانده شده اند . یک شبکه ی سوئیچ رزونانسی یا مبدل شبه رزونانسی به این ترتیب حاصل می شود .

شبکه ی سوئیچ رزونانسی شکل 8- ب قابل جایگزینی با هر شبکه ی سوئیچینگ PWM می باشد . به عنوان مثال قراردادن شبکه سوئیچ رزونانس شکل 8- ب در مبدل شکل 8- ج به ساختن یک مبدل buck شبه رزونانسی می انجامد . شبکه های سوئیچ متعددی شناخته شده اند که منجر به تعداد زیادی از شبکه های سوئیچ رزونانسی اعم از buck ، boost ، buck – boostومبدل های دیگر می شوند .