การเลือกโทโพโลยีหม้อแปลงโซลิดสเตต: สองระดับกับสามระดับและ DAB กับ LLC

ไม่ควรถือว่าหม้อแปลงโซลิดสเตตเหมือนกับหม้อแปลงทั่วไปที่สร้างขึ้นใหม่ด้วยสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ การตีความนั้นแคบเกินไป และมักจะนำไปสู่ลำดับความสำคัญของโทโพโลยี ส่วนประกอบ และการตรวจสอบที่ไม่ถูกต้อง

สำหรับฟังก์ชันการลดแรงดันไฟฟ้าและการแยกแรงดันไฟฟ้าพื้นฐาน หม้อแปลงความถี่สายแบบธรรมดายังคงเปลี่ยนได้ยาก มีประสิทธิภาพ ทนทาน ค่อนข้างประหยัด และเป็นที่คุ้นเคยของบุคลากรภาคสนาม ค่าทางวิศวกรรมของหม้อแปลงโซลิดสเตตจะชัดเจนขึ้นเมื่อต้องรวมฟังก์ชันหลายอย่างไว้ภายในอินเทอร์เฟซอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ควบคุมได้เพียงอินเทอร์เฟซเดียว

ฟังก์ชันเหล่านี้อาจรวมถึงการแปลงแรงดันไฟฟ้า การแยกกระแสไฟฟ้า การแปลง AC/DC การแปลง DC/DC แบบแยก การไหลของพลังงานที่ควบคุม พอร์ต DC ที่เข้าถึงได้ และการจัดการคุณภาพไฟฟ้า เมื่อพิจารณาข้อกำหนดเหล่านี้ร่วมกันแล้ว การเลือกโทโพโลยีจะกลายเป็นการตัดสินใจในการออกแบบระดับระบบ แทนที่จะเป็นการเปรียบเทียบระหว่างวงจรคอนเวอร์เตอร์แต่ละตัว

ลำดับการพัฒนาเชิงปฏิบัติคือ:

การเลือกโทโพโลยี → การออกแบบพารามิเตอร์ → การตรวจสอบความถูกต้องทางวิศวกรรม

ขั้นตอนเหล่านี้ต้องพึ่งพาอาศัยกัน โทโพโลยีที่ปรากฏว่าเหมาะสมในระหว่างการวิเคราะห์วงจรอาจไม่สามารถใช้งานได้หลังจากการออกแบบแม่เหล็ก การคำนวณความเค้นเซมิคอนดักเตอร์ การทดสอบโหลดเบา การประเมินฉนวน การวิเคราะห์ทางความร้อน หรือการตรวจสอบความถูกต้องของการทำงานผิดพลาด

โซลิดสเตตหม้อแปลงคืออะไร?

อีทีเอช ซูริกอธิบายกหม้อแปลงโซลิดสเตตหรือ SST เป็นอินเทอร์เฟซอิเล็กทรอนิกส์กำลัง-อิเล็กทรอนิกส์ที่แยกไฟฟ้าระหว่างระบบไฟฟ้า ใช้การแปลงพลังงานที่ได้รับการควบคุมเพื่อรวมการแปลงแรงดันไฟฟ้าและการแยกส่วนเข้ากับฟังก์ชันต่างๆ เช่น การแปลง AC/DC, การแปลง DC/DC, การควบคุมการไหลของพลังงาน, การเข้าถึง DC และความสามารถในการรองรับกริด (pes-publications.ee.ethz.ch)

SST เป็นอินเทอร์เฟซอิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าแบบรวม

คุณลักษณะที่กำหนดของ SST ไม่ใช่เพียงการใช้อุปกรณ์สวิตชิ่งเท่านั้น คุณค่าหลักอยู่ที่การรวมฟังก์ชันที่อาจต้องใช้อุปกรณ์หรือขั้นตอนการแปลงหลายชุดแยกกัน

SST อาจจัดให้มีการแยกทางไฟฟ้าในขณะที่ควบคุมทั้งขนาดและทิศทางของการถ่ายโอนพลังงาน อาจสร้างการเชื่อมต่อ DC ระดับกลาง จัดเตรียมเอาต์พุต DC ที่มีการควบคุม อินเทอร์เฟซกับโหลด AC หรือสนับสนุนฟังก์ชันคุณภาพกำลังไฟฟ้าที่การเชื่อมต่อโครงข่าย

สิ่งนี้จะเปลี่ยนพื้นฐานของการเปรียบเทียบ

หม้อแปลงไฟฟ้าทั่วไปได้รับการประเมินเป็นหลักว่าเป็นอุปกรณ์แปลงและแยกแรงดันไฟฟ้าแบบพาสซีฟ SST จะต้องได้รับการประเมินว่าเป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่สมบูรณ์ซึ่งประกอบด้วยสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ ส่วนประกอบแม่เหล็ก ตัวเก็บประจุ ตัวขับเกต ลูปควบคุม ฟังก์ชันการป้องกัน ทางเดินความร้อน และโครงสร้างฉนวน

ความเหมาะสมจึงขึ้นอยู่กับการใช้งาน SST ไม่ได้เหนือกว่าโดยอัตโนมัติเนื่องจากมีการควบคุมแบบแอคทีฟ และหม้อแปลงแบบธรรมดาไม่ล้าสมัยเพียงเพราะขาดฟังก์ชันอิเล็กทรอนิกส์กำลัง

เหตุใดหม้อแปลงแบบธรรมดาจึงยังคงแข็งแกร่งสำหรับการใช้งานแบบลดขั้นตอนพื้นฐาน

เมื่อข้อกำหนดถูกจำกัดอยู่ที่การแปลงแรงดันไฟฟ้าที่เชื่อถือได้และการแยกกระแสไฟฟ้า หม้อแปลงความถี่สายแบบธรรมดายังคงให้พื้นฐานทางวิศวกรรมที่แข็งแกร่ง

คำถามที่เกี่ยวข้องไม่ใช่ว่า SST มีประสิทธิภาพเหนือกว่าหม้อแปลงทั่วไปในทุกประเภทหรือไม่ แอปพลิเคชันจะได้รับประโยชน์เพียงพอจากการแปลงที่ควบคุมได้ การเข้าถึง DC การจัดการการไหลของพลังงาน และการผสานรวมการทำงานเพื่อพิสูจน์ความซับซ้อนของระบบเพิ่มเติมหรือไม่

สถาปัตยกรรม SST แบ่งงานการแปลงพลังงานอย่างไร

สถาปัตยกรรมหม้อแปลงโซลิดสเตตสามขั้นตอน

สถาปัตยกรรม SST ทั่วไปจะแยกกระบวนการแปลงออกเป็นสามขั้นตอนหลัก:

1. สเตจ AC/DC ฝั่งกริด

2. สเตจ DC/DC แบบแยก

3. อินเวอร์เตอร์ด้านโหลดหรือสเตจเอาต์พุต DC ที่มีการควบคุม

นี่ไม่ใช่การกำหนดค่า SST เพียงอย่างเดียวที่เป็นไปได้ สถาปัตยกรรมแบบแยกส่วน แบบเมทริกซ์ แบบแยกส่วนหน้า แบบแยกส่วน และแบบหลายระดับสามารถจัดระเบียบฟังก์ชันเหล่านี้แตกต่างกันได้

อย่างไรก็ตาม แบบจำลองสามขั้นตอนได้จัดเตรียมกรอบการทำงานที่เป็นประโยชน์สำหรับการทำความเข้าใจว่าการตัดสินใจเกี่ยวกับโทโพโลยีหลักสองประการมักเกิดขึ้นที่ใด:

• การแปลงสองระดับและสามระดับที่ระยะหันหน้าเข้าหากริด

• การแปลง DAB กับ LLC ที่ระยะ DC/DC แบบแยก

การแปลง AC/DC ส่วนหน้า

ส่วนหน้าเชื่อมต่อ SST กับระบบ AC และสร้างลิงค์ DC ที่มีการควบคุม นอกจากนี้ยังอาจจัดการการไหลของพลังงานที่ควบคุมและสนับสนุนฟังก์ชันคุณภาพไฟฟ้าที่จำเป็น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชัน

การเลือกระหว่างโครงสร้างสองระดับและสามระดับจะส่งผลต่อ:

• ความเครียดแรงดันไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์

• ขั้นตอนแรงดันไฟฟ้าสลับโหนด

• ข้อกำหนดตัวกรอง

• การนับเซมิคอนดักเตอร์

• ข้อกำหนดของไดรเวอร์เกต

• ควบคุมความซับซ้อน

• ลำดับการป้องกัน

• ความสามารถในการปรับขนาดของระบบ

จำนวนเซมิคอนดักเตอร์ที่น้อยลงไม่ใช่วัตถุประสงค์ที่สำคัญที่สุดเสมอไป ที่แรงดันไฟฟ้าดีซีลิงค์ที่สูงกว่า แรงดันไฟฟ้าบล็อคที่วางไว้บนอุปกรณ์แต่ละตัวอาจกลายเป็นข้อจำกัดหลัก

โทโพโลยีหลายระดับสามารถกระจายความเค้นแรงดันไฟฟ้านี้ได้ แต่จะแนะนำสถานะการสวิตชิ่ง ตัวเก็บประจุ หรือเส้นทางแคลมป์เพิ่มเติม และข้อกำหนดด้านการปรับสมดุล ดังนั้นโทโพโลยีจึงต้องได้รับการประเมินโดยเป็นส่วนหนึ่งของตัวแปลงที่สมบูรณ์ แทนที่จะนับตามอุปกรณ์เพียงอย่างเดียว

การแปลง DC/DC แบบแยก

เวที DC/DC แบบแยกจะถ่ายโอนพลังงานผ่านหม้อแปลงความถี่สูงหรือปานกลาง ในขณะที่ยังคงการแยกตัวทางไฟฟ้าระหว่างโดเมนทางไฟฟ้า

ขั้นตอนนี้ไม่สามารถเลือกแยกจากการออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าได้ ตัวเหนี่ยวนำการรั่วไหล ตัวเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ส่วนประกอบเรโซแนนซ์ ความถี่สวิตชิ่ง ความจุเซมิคอนดักเตอร์ เวลาตาย และกลยุทธ์การมอดูเลชั่น ล้วนส่งผลต่อการถ่ายโอนพลังงานและพฤติกรรมการเปลี่ยนแบบนุ่มนวล

DAB และ LLC ต่างก็เป็นตัวเลือกที่สำคัญ แต่ทั้งสองใช้กลไกการถ่ายโอนพลังงานที่แตกต่างกัน ความเหมาะสมขึ้นอยู่กับ:

• ทิศทางการไหลของพลังงานที่ต้องการ

• อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าอินพุตต่อเอาต์พุต

• ช่วงกำไรที่ต้องการ

• โปรไฟล์การโหลดที่คาดหวัง

• ช่วงการสลับแบบนุ่มนวล

• การออกแบบส่วนประกอบแม่เหล็ก

• ขีดจำกัดกระแสหมุนเวียน

• ความสามารถในการควบคุม

โทโพโลยีตัวแปลงสองระดับและสามระดับสำหรับ SST Front-End Stages

ไม่ควรเปรียบเทียบตัวแปลงสองระดับและตัวแปลงสามระดับโดยการนับสวิตช์หรือเปรียบเทียบค่าประสิทธิภาพสูงสุดหนึ่งค่าเท่านั้น

การเปรียบเทียบที่เป็นประโยชน์เริ่มต้นด้วยข้อกำหนดการปฏิบัติงาน:

• แรงดันไฟ DC-link คืออะไร?

• สารกึ่งตัวนำแต่ละตัวต้องทนต่อแรงดันไฟบล็อคเท่าใด

• ขั้นตอนแรงดันไฟฟ้าสลับโหนดใดที่ยอมรับได้

• จำเป็นต้องมีการกรองอะไรบ้าง?

• โครงการสามารถรองรับความซับซ้อนในการควบคุมได้มากเพียงใด

• โทโพโลยีจำเป็นต้องมีการปรับสมดุลจุดเป็นกลางหรือแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุหรือไม่

• สามารถตรวจสอบสถานะการสลับที่ผิดปกติและสภาวะความผิดปกติได้หรือไม่

ตัวแปลงสองระดับทำงานอย่างไร

ขาสวิตช์สองระดับแบบธรรมดาสับเปลี่ยนโหนดเอาท์พุตระหว่างราง DC-link บวกและลบ

อุปกรณ์สวิตชิ่งหลักจึงต้องทนต่อแรงดันไฟฟ้าดีซีลิงค์เต็มที่เกี่ยวข้อง รวมถึงค่าเผื่อที่จำเป็นสำหรับการสลับโอเวอร์ชูต เหตุการณ์ชั่วคราว การตอบสนองของการป้องกัน และการลดพิกัด

โครงสร้างสองระดับมีสถานะแรงดันไฟฟ้าน้อยกว่า และโดยทั่วไปมีอุปกรณ์ที่ทำงานอยู่และอุปกรณ์จับยึดน้อยกว่าการใช้งานแบบสามระดับ สิ่งนี้สามารถลดความซับซ้อน:

• การขับรถเข้าประตู

• การปรับ

• ตรรกะการป้องกัน

• ลำดับการปิดระบบ

• เค้าโครง PCB

• การวิเคราะห์ข้อผิดพลาด

ข้อเสียคือโหนดสวิตชิ่งต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าดีซีลิงค์เต็มรูปแบบ ขั้นตอนแรงดันไฟฟ้านี้ส่งผลต่อการสูญเสียการสวิตชิ่ง ความเค้นแม่เหล็กไฟฟ้า พฤติกรรมของโหมดร่วม และการกรองที่จำเป็นในการควบคุมการกระเพื่อมและการปล่อยกระแสไฟฟ้า

ที่แรงดันไฟฟ้าดีซีลิงค์ที่สูงกว่า การเลือกอุปกรณ์อาจมีข้อจำกัด เซมิคอนดักเตอร์ที่มีแรงดันไฟฟ้าในการบล็อกเพียงพออาจไม่ให้สมดุลที่ต้องการระหว่างการสูญเสียการนำไฟฟ้า การสูญเสียการสวิตชิ่ง ความเร็วสวิตชิ่ง และสมรรถนะทางความร้อน

โทโพโลยีสองระดับจึงไม่ด้อยกว่าโดยเนื้อแท้ ยังคงมีความน่าสนใจเมื่อสามารถตอบสนองความเครียดของอุปกรณ์ การกรอง ความถี่ในการสลับ ฉนวน และความร้อนได้ โดยไม่ต้องเพิ่มความซับซ้อนหลายระดับโดยไม่จำเป็น

ตัวแปลง NPC สามระดับกระจายความเครียดแรงดันไฟฟ้าอย่างไร

คอนเวอร์เตอร์แบบยึดจุดที่เป็นกลางสามระดับใช้การเชื่อมต่อ DC แบบแยกและเส้นทางการหนีบเพื่อสร้างระดับแรงดันไฟฟ้าของโหนดสวิตชิ่งสามระดับ:

• (+V_{ดีซี}/2)

• (0)

• (-V_{ดีซี}/2)

ภายใต้สภาวะสมดุลที่กำหนดไว้ ขั้นตอนแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับเอาต์พุตหรือตัวกรองสามารถลดลงได้โดยสัมพันธ์กับขาสองระดับทั่วไป

อุปกรณ์แต่ละชิ้นอาจทำงานประมาณครึ่งหนึ่งของหน้าที่การบล็อก DC-link ทั้งหมด ขึ้นอยู่กับสถานะสวิตช์ กลยุทธ์การป้องกัน สมดุลแรงดันไฟฟ้า และการใช้งาน NPC ที่แน่นอน

ความเครียดจากแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ที่ลดลงอาจขยายตัวเลือกเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอยู่ ตัวเลือกอุปกรณ์ขั้นสุดท้ายยังต้องคำนึงถึงการสูญเสียการนำไฟฟ้า การสูญเสียการสลับ ขอบชั่วคราว พฤติกรรมของบรรจุภัณฑ์ และข้อจำกัดทางความร้อน

ข้อดีของแรงดันไฟฟ้า-ความเค้นนั้นมาพร้อมกับข้อกำหนดการออกแบบเพิ่มเติม ขา NPC มีอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และเส้นทางการจับยึดมากกว่า และการทำงานที่ถูกต้องนั้นขึ้นอยู่กับลำดับการสลับที่ปลอดภัยและแรงดันไฟฟ้าแบบแยกบัสที่เสถียร

บางครั้งใช้ลิงค์ 900 V DC รวมกับอุปกรณ์ 650 V เพื่อแสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของแรงดันไฟฟ้า-ความเค้นของการแปลงหลายระดับ อย่างไรก็ตาม เอกลักษณ์ของโทโพโลยีมีความสำคัญ

Texas Instruments ระบุ TIDA-010957เป็นตัวแปลงคาปาซิเตอร์บินสามระดับไม่ใช่ตัวแปลง NPC การออกแบบนี้สาธิตการใช้อุปกรณ์ GaN 650 V ที่มีแรงดันไฟฟ้า DC-link สูงถึง 900 V แต่ไม่ควรนำเสนอเป็นรูปแบบอ้างอิงเฉพาะของ NPC

หลักการทางวิศวกรรมทั่วไปยังคงใช้ได้: คอนเวอร์เตอร์หลายระดับสามารถกระจายความเค้นแรงดันไฟฟ้าผ่านโครงสร้างสวิตช์ได้ วิธีการนี้จะแตกต่างกันระหว่าง NPC, NPC ที่ใช้งาน, T-type, Vienna และโทโพโลยีแบบบินคาปาซิเตอร์

ตัวแปลง NPC สองระดับและสามระดับ

การปรับสมดุลแรงดันไฟฟ้าจุดเป็นกลางในโทโพโลยี NPC สามระดับ

จุดกึ่งกลางของลิงค์ DC แบบแยกเป็นข้อจำกัดการออกแบบที่ใช้งานมากกว่าจุดอ้างอิงแบบพาสซีฟ

สถานะการสลับและทิศทางกระแสไฟที่แตกต่างกันสามารถชาร์จและคายประจุตัวเก็บประจุดีซีลิงค์ด้านบนและด้านล่างได้ไม่เท่ากัน หากแรงดันไฟฟ้าแยกจากกัน ระดับที่ต้องการ (+V_{dc}/2), (0) และ (-V_{dc}/2) จะไม่สมมาตรอีกต่อไป

ความไม่สมดุลนี้อาจส่งผลต่อ:

• ความเครียดแรงดันไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์

• คุณภาพของรูปคลื่นเอาท์พุต

• พฤติกรรมการมอดูเลต

• ระยะขอบการป้องกัน

• สถานะการสลับที่มีอยู่

ตัวควบคุมอาจจำเป็นต้องเลือกสถานะสวิตช์สำรองหรือปรับลำดับการมอดูเลตเพื่อให้ส่งผลต่อกระแสจุดที่เป็นกลาง

ความสามารถในการปรับสมดุลสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามทิศทางโหลด ดัชนีมอดูเลชั่น ตัวประกอบกำลัง และทิศทางการไหลของกำลัง การเริ่มต้น การปิดระบบ การดำเนินการแบบโหลดน้อย การสร้างใหม่ และการกู้คืนข้อผิดพลาดยังต้องมีการตรวจสอบด้วยเช่นกัน

ความเครียดของอุปกรณ์ที่ต่ำกว่าจึงไม่ทำให้โทโพโลยี NPC ใช้งานได้ง่ายขึ้นโดยอัตโนมัติ ขั้นตอนแรงดันไฟฟ้าของโหนดสวิตช์ที่ลดลงจะถูกแลกเปลี่ยนสำหรับการจัดการสถานะเพิ่มเติมและข้อกำหนดการควบคุมจุดกึ่งกลาง

การปรับสมดุลแรงดันไฟฟ้าจุดเป็นกลางของ NPC

เกณฑ์การคัดเลือกสองระดับและสามระดับ

โดยทั่วไปโทโพโลยีสองระดับจะมีความน่าสนใจเมื่อความเรียบง่าย ความชัดเจนในการป้องกัน การวิเคราะห์ข้อผิดพลาด และความพร้อมในการควบคุมครองโปรเจ็กต์

โทโพโลยี NPC สามระดับจะน่าสนใจยิ่งขึ้นเมื่อแรงดันดีซีลิงค์ ความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์ ข้อกำหนดรูปคลื่น หรือประสิทธิภาพการสลับ ทำให้การกระจายความเค้นแรงดันไฟฟ้ามีค่าเพียงพอที่จะปรับฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมและการควบคุมจุดกึ่งกลาง

DAB กับ LLC สำหรับเวที DC/DC แบบแยก

ต้องเลือกโทโพโลยี DC/DC แบบแยกตามขอบเขตการทำงานที่สมบูรณ์ แทนที่จะเลือกชื่อโทโพโลยี

ทั้งคู่ DAB และ LLC ใช้การแยกความถี่สูง แต่กลไกการถ่ายเทพลังงานและตัวแปรควบคุมหลักต่างกัน การเลือกเหล่านี้ส่งผลต่อการออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้า ความเค้นกระแส แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น พฤติกรรมการเปลี่ยนแบบนุ่มนวล การทำงานแบบสองทิศทาง และประสิทธิภาพของโหลดเบา

หลักการปฏิบัติงานของ DAB และปัจจัยการตัดสินใจทางวิศวกรรม

กสะพานที่ใช้งานคู่หรือ DAB ใช้สะพานที่มีการสับเปลี่ยนอย่างแข็งขันทั้งสองด้านของหม้อแปลงความถี่สูง

เนื่องจากทั้งสองฝ่ายมีบริดจ์สวิตชิ่งแบบแอคทีฟ โทโพโลยีจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการถ่ายโอนพลังงานแบบสองทิศทางที่มีการควบคุม

โดยทั่วไปกำลังจะถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนความสัมพันธ์ของไทม์มิ่งระหว่างแรงดันไฟของบริดจ์ ในการใช้งานขั้นพื้นฐาน สามารถทำได้ผ่านการควบคุมแบบ Phase-Shift วิธีการมอดูเลตขั้นสูงเพิ่มเติมอาจแนะนำตัวแปรเวลาเพิ่มเติม

ตัวเหนี่ยวนำการรั่วไหลของหม้อแปลงไฟฟ้า หรือการเหนี่ยวนำอนุกรมเพิ่มเติม เป็นส่วนหนึ่งของกลไกการถ่ายโอนกำลัง โดยจะกำหนดรูปร่างของกระแสที่ไหลระหว่างสะพานและก่อให้เกิดพลังงานที่สะสมไว้ซึ่งจำเป็นในระหว่างการเปลี่ยนการเปลี่ยน

สิ่งนี้สร้างทั้งความยืดหยุ่นและความไว

ความเหนี่ยวนำแบบเดียวกันที่ทำให้สามารถถ่ายโอนพลังงานแบบควบคุมยังส่งผลต่อ:

• ความลาดชันในปัจจุบัน

• กระแสสูงสุด

• RMS ปัจจุบัน

• พลังงานปฏิกิริยา

• พลังงานหมุนเวียน

• ช่วงการสลับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์

กลยุทธ์การเปลี่ยนเฟสพื้นฐานสามารถทำได้ค่อนข้างตรง แต่ไม่ได้รับประกันประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าและช่วงโหลดที่กว้าง ตัวแปรมอดูเลตเพิ่มเติมสามารถลดความเครียดในปัจจุบันหรือขยายขอบเขตของซอฟต์สวิตชิ่งได้ แต่ยังเพิ่มความซับซ้อนในการควบคุมและการสอบเทียบอีกด้วย

ปัจจัยการเลือก DAB หลักคือ:

• จำเป็นต้องมีการไหลของพลังงานแบบสองทิศทางหรือไม่

• อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าที่คาดหวัง

• ช่วงพลังงานที่ต้องการ

• กระแสหมุนเวียนที่ยอมรับได้

• ช่วงซอฟต์สวิตชิ่งที่ต้องการ

• ความสามารถในการควบคุมที่มีอยู่

• เป้าหมายการเหนี่ยวนำการรั่วไหลของหม้อแปลง

• ข้อกำหนดการเริ่มต้น การกลับรายการ และการตอบสนองข้อผิดพลาด

หลักการปฏิบัติงานของ LLC และปัจจัยการตัดสินใจทางวิศวกรรม

หนึ่งตัวแปลงเรโซแนนซ์ LLCถูกกำหนดโดยองค์ประกอบเรโซแนนซ์หลักสามประการ:

• ตัวเหนี่ยวนำเรโซแนนซ์ (L_r)

• ตัวเหนี่ยวนำแม่เหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้า (L_m)

• ความจุเรโซแนนซ์ (C_r)

ตัวเหนี่ยวนำเรโซแนนซ์บางส่วนหรือทั้งหมดอาจถูกนำมาใช้ผ่านการเหนี่ยวนำการรั่วไหลของหม้อแปลง ตัวเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นของโครงสร้างแม่เหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้า ในขณะที่ตัวเก็บประจุเรโซแนนซ์โดยปกติจะอยู่ภายนอก

แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจะถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนความถี่สวิตชิ่งที่สัมพันธ์กับความถี่เรโซแนนซ์ของเครือข่ายเป็นหลัก

คอนเวอร์เตอร์สามารถให้สภาวะการสลับที่ดีได้เมื่อถังเรโซแนนซ์ได้รับการออกแบบให้สอดคล้องกับจุดประสงค์:

• ช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

• แรงดันขาออก

• ช่วงโหลด

• หน้าต่างการสลับความถี่

• ได้รับความต้องการ

หากช่วงการแปลงที่ต้องการกว้างเกินไป ตัวแปลง LLC อาจจำเป็นต้องทำงานให้ห่างจากบริเวณเรโซแนนซ์ที่ต้องการ สิ่งนี้สามารถเพิ่มกระแสหมุนเวียน ขยายช่วงความถี่การสลับ ทำให้การออกแบบแม่เหล็กซับซ้อนขึ้น หรือลดระยะขอบซอฟต์สวิตชิ่งที่มีอยู่

คำกล่าวที่ว่าตัวแปลง LLC ให้การสลับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์จึงไม่ควรตีความว่าไม่มีเงื่อนไข

ขอบเขตของซอฟต์สวิตชิ่งที่แท้จริงขึ้นอยู่กับ:

• โหลด

• พารามิเตอร์ถังเรโซแนนซ์

• กระแสแม่เหล็ก

• เวลาตาย

• ความจุของอุปกรณ์

• แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นที่ต้องการ

• การสลับความถี่

เวที LLC แบบธรรมดายังอาจใช้การแก้ไขแบบพาสซีฟที่ด้านทุติยภูมิ ไม่ควรถือว่าการจัดเรียงนั้นให้ความสามารถแบบสองทิศทางเช่นเดียวกับ DAB ที่มีบริดจ์ที่ใช้งานอยู่ทั้งสองด้าน

DAB vs LLC โทโพโลยี DC/DC แบบแยก

เกณฑ์การคัดเลือก DAB กับ LLC

โดยทั่วไป DAB จะเป็นตัวเลือกที่ตรงกว่าเมื่อการถ่ายโอนพลังงานแบบสองทิศทางที่มีการควบคุมเป็นข้อกำหนดพื้นฐาน

LLC อาจมีความน่าสนใจเมื่อมีการกำหนดช่วงการทำงานไว้อย่างชัดเจน และถังเรโซแนนซ์สามารถคงอยู่ในสภาวะที่เอื้ออำนวยสำหรับรอบการทำงานส่วนใหญ่

การตัดสินใจไม่ควรขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ที่มีประสิทธิผลสูงสุดเพียงผลเดียว การเปรียบเทียบที่มีความหมายต้องใช้อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าที่เท่ากัน ระดับพลังงาน เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ ข้อจำกัดทางแม่เหล็ก สภาวะการทำความเย็น ความถี่สวิตชิ่ง และจุดโหลด

การออกแบบ SST ต้องประสานพารามิเตอร์แม่เหล็ก ซอฟต์สวิตชิ่ง และเซมิคอนดักเตอร์

พารามิเตอร์การออกแบบ SST ควบคู่

ส่วนประกอบแม่เหล็ก สภาวะซอฟต์สวิตชิ่ง และพารามิเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ต้องไม่คำนวณเป็นแพ็คเกจการทำงานที่แยกจากกัน

แต่ละพื้นที่การออกแบบจะเปลี่ยนสภาพการทำงานของพื้นที่อื่นๆ

หม้อแปลงที่ปรับให้เหมาะสมกับขนาดเท่านั้นอาจทำให้เกิดการรั่วไหลหรือกระแสหมุนเวียนมากเกินไป เซมิคอนดักเตอร์ที่เลือกไว้สำหรับการสูญเสียการนำไฟฟ้าต่ำเท่านั้นอาจต้องมีเงื่อนไขการสลับที่วงจรแม่เหล็กไม่สามารถให้ได้ เงื่อนไขซอฟต์สวิตชิ่งที่ถูกต้องตามทฤษฎีอาจล้มเหลวในต้นแบบเนื่องจากเครือข่ายปรสิตที่แท้จริงแตกต่างจากโมเดล

เหตุใดพารามิเตอร์แม่เหล็กจึงส่งผลต่อสภาวะการสลับ

ใน DAB ความเหนี่ยวนำการถ่ายโอนจะส่งผลต่อ:

• โอนอำนาจแล้ว

• ความลาดชันในปัจจุบัน

• กระแสสูงสุด

• RMS ปัจจุบัน

• พลังงานปฏิกิริยา

• พลังงานที่มีอยู่สำหรับการสลับการเปลี่ยนภาพ

หากความเหนี่ยวนำน้อยเกินไป ความเครียดในปัจจุบันอาจเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หากมีขนาดใหญ่เกินไป ความสามารถในการถ่ายโอนพลังงานหรือการตอบสนองแบบไดนามิกอาจมีข้อจำกัด

ค่าที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า ความถี่สวิตชิ่ง วิธีการมอดูเลชั่น ระดับพลังงาน และพฤติกรรมของเซมิคอนดักเตอร์

ในตัวแปลง LLC (L_r), (L_m) และ (C_r) จะกำหนดเส้นโค้งเกนและความถี่เรโซแนนซ์ นอกจากนี้ยังมีอิทธิพลต่อกระแสหมุนเวียน กระแสแม่เหล็ก ช่วงความถี่สวิตชิ่ง และขอบเขตของสวิตชิ่