Wyniki 1-10 spośród 12 dla zapytania: authorDesc:"Piotr Legutko"

Dobór i optymalizacja parametrów falownika klasy E/F2

Czytaj za darmo! »

W artykule zaprezentowano metodę optymalizacji parametrów falownika rezonansowego klasy E/F2 przeprowadzoną z wykorzystaniem oprogramowania ANSYS Simplorer. Dokonano opisu przykładowej topologii falownika, przedstawiono podstawowe zależności pozwalające wyznaczyć wartości elementów układu dla stanu ustalonego. Przedstawiono nowatorski sposób poprawy własności energetycznych tego typu falowników wykorzystujący procedurę optymalizacyjną opartą o algorytm genetyczny. Ponadto zaprezentowano zdefiniowaną na potrzeby analizy funkcję celu oraz dokonano porównania wartości parametrów tego typu układów. Abstract. This paper presents a new family of harmonic tunings with the promise to achieve the performance benefits of class F by reducing the peak voltage and RMS current of class E designs. These class E/F amplifiers have class-E features such as incorporation of the transistor parasitic capacitance into the circuit, exact truly-switching time-domain solutions and allowance for Zero Voltage Switching (ZVS) operation. Additionally, some number of harmonics may be tuned in the fashion of inverse class F in order to achieve more desirable voltage and current waveforms for improved performance. (The method of selection class E/F2 inverter parameters and their optimization). Słowa kluczowe: falownik rezonansowy, algorytm genetyczny, własności energetyczne, analiza. Keywords: inverter, genetic algorithm, analysis, energy properties. Wprowadzenie Artykuł przedstawia analizę oraz metodę doboru parametrów wysokoczęstotliwościowego falownika klasy E/F2, i jest kontynuacją prac badawczych prowadzonych w Katedrze Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki (KENER) Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Falowniki wybranej klasy układów należą do dość licznej rodziny falowników rezonansowych. Do podstawowych cech tych układów energoelektronicznych można zaliczyć możliwość pracy przy komutacji miękkiej, co umożliwia uzyskanie jednocześnie wysokiej często[...]

Metoda optymalizacji parametrów falownika klasy E DOI:10.12915/pe.2014.05.05

Czytaj za darmo! »

W artykule zaprezentowano metodę optymalizacji parametrów falownika rezonansowego klasy E przeprowadzoną z wykorzystaniem oprogramowania ANSYS Simplorer. Dokonano opisu topologii podstawowej falownika rezonansowego, przedstawiono podstawowe zależności pozwalające wyznaczyć wartości elementów układu dla stanu ustalonego. Ponadto zaprezentowano nowatorski sposób poprawy własności energetycznych tego typu falowników wykorzystujący procedurę optymalizacyjną opartą o algorytm genetyczny. Przedstawiono zdefiniowaną na potrzeby analizy funkcję celu oraz zaprezentowano przebiegi czasowe przed i po optymalizacji modelu falownika klasy E. Abstract. This paper presents a new method of selection and optimization class E inverter parameters. Optimization was made of using a Genetic algorithm built-in a ANSYS Simplorer software. These class E amplifiers have features such as incorporation of the transistor parasitic capacitance into the circuit, exact truly-switching time-domain solutions and allowance for Zero Voltage Switching (ZVS) operation. Experimental waveforms and characteristics measured at 1 MHz with an IXZ316N60 MOSFET are given for the amplifier that can operate under zero-voltage switching conditions for load resistances ranging from a short circuit to an open circuit. (Optimization of class E inverter parameters) Słowa kluczowe: falownik rezonansowy, algorytm genetyczny, właściwości energetyczne, analiza. Keywords: inverter, genetic algorithm, analysis, energy properties, optimization. doi:10.12915/pe.2014.05.05 Wstęp Artykuł przedstawia analizę oraz metodę doboru parametrów wysokoczęstotliwościowego falownika klasy E i jest kontynuacją prac badawczych prowadzonych w Katedrze Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki (KENER) Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Falowniki wybranej klasy układów należą do dość licznej rodziny falowników rezonansowych. Podstawową cechą tych układów energoelektronicznych jest to, że mogą one pracow[...]

Wysokoczęstotliwościowe drajwery tranzystorów MOSFET mocy DOI:10.12915/pe.2014.05.051

Czytaj za darmo! »

W artykule przedstawiono analizę właściwości, badania eksperymentalne i realizację wysokoczęstotliwościowych drajwerów tranzystorów MOSFET mocy stosowanych w falownikach rezonansowych o częstotliwości pracy sięgającej 30 MHz. Przebadano dwa scalone, wysokoczęstotliwościowe drajwery dostępne na rynku o oznaczeniu DEIC420 i DEIC515 oraz zaprojektowano dwa dyskretne układy własnej konstrukcji. Badania eksperymentalne przeprowadzono pod kątem analizy strat mocy oraz czasów przełączeń poszczególnych układów. Abstract. This paper presents a systematic approach to design high performance gate drive circuits for high speed switching applications. In the project tested two integrated drivers DEIC420, DEIC515, and additionally two discrete drivers 4xZXGD3003 and 8xEL7457 have been designed. The new MOSFET Drivers have been verified by using the universal laboratory in Department of Power Electronics, Electrical Drives and Robotics Silesian University of Technology. (High-Frequency Power MOSFET Drivers ). Słowa kluczowe: drajwer, analiza, straty mocy, tranzystor MOSFET. Keywords: driver, analysis, power losses, MOSFET Transistor. doi:10.12915/pe.2014.05.51 Wprowadzenie Podczas budowy wysokoczęstotliwościowych falowników rezonansowych niezwykle ważne jest zagadnienie przełączania bramki tranzystorów MOSFET mocy. Do wysterowania bramki pojedynczego tranzystora można posłużyć się dedykowanym układem nazywanym często drajwerem (ang. driver) - sterownikiem. Głównym zadaniem drajwera jest zapewnienie odpowiednich poziomów napięć dla załączania i wyłączania tranzystora oraz efektywne przeładowywanie pojemności bramki w możliwie najkrótszym czasie. Przeważająca większość drajwerów dostępnych na rynku i dedykowanych do zastosowań wysokoczęstotliwościowych nie radzi sobie z efektywnym przeładowywaniem wewnętrznej wejściowej pojemności CG bramki tranzystora, co w efekcie skutkuje znacznym wzrostem czasów przełączeń oraz wzrostem mocy czynnej pobieran[...]

Wysokoczęstotliwościowe, dyskretne drajwery małej mocy dedykowane do tranzystorów MOSFET serii DE DOI:10.15199/48.2016.04.07

Czytaj za darmo! »

W artykule przedstawiono realizację, analizę właściwości i badania eksperymentalne wysokoczęstotliwościowych drajwerów tranzystorów MOSFET mocy stosowanych w falownikach rezonansowych np. klasy E i DE o częstotliwości pracy sięgającej 30 MHz. Nowo opracowane konstrukcje porównano z dostępnymi drajwerami scalonymi firmy IXYS pod kątem strat mocy, czasów przełączeń i propagacji. Dodatkowo, w ramach pracy wyznaczono parametry pasożytnicze RG, LDR i COUT wszystkich analizowanych układów drajwerów, oraz przeprowadzono analizę temperaturową przy użyciu kamery termowizyjnej. Abstract. This paper presents a systematic approach to design high performance discrete gate driver circuits for high speed switching applications. In the project tested three integrated drivers IXYS Corporation and additionally eight discrete drivers have been designed. Additionally, in this paper presents characteristic power input by the drivers (fig.4) for three operating states: at idle, at capacitance load 3 nF and at gate MOSFET 501N16A load. Also in this paper presents voltage waveforms (fig.5) and pictures of the thermal camera. At the end presents the measurements of parasitic parameters (inductances LDR, capacities COUT and resistances RDR) for all drivers. (The Low-Losses and Fast Switching Hybrid Drivers for DE Series MOSFET Transistors). Słowa kluczowe: wysokoczęstotliwościowe drajwery, falownik rezonansowy, tranzystor MOSFET, straty mocy, parametry pasożytnicze. Keywords: high frequency drivers, resonant inverter, power losses, MOSFET transistor, parasitic parameters, thermal clad. Wstęp W wysokosprawnym przetwarzaniu energii elektrycznej, jakie odbywa się w falownikach rezonansowych pracujących z częstotliwościami sięgającymi 30 MHz niezwykle ważne jest efektywne przełączanie tranzystora MOSFET. Tak wysoka częstotliwość kluczowania zaworu wiąże się z zastosowaniem dedykowanego układu sterownika tranzystora w postaci scalonego drajwera (ang. ic driver). Teg[...]

Falownik klasy E (30 MHz, 300 W) z niskostratnym drajwerem hybrydowym DOI:10.15199/48.2018.03.13

Czytaj za darmo! »

Problematyka niniejszego artykułu związana jest z wybranymi zagadnieniami energoelektroniki i elektroniki przemysłowej. W szczególności dotyczy sterowników bramkowych (ang. Gate Driver) - drajwerów tranzystorów MOSFET, dedykowanych do zastosowań w wysokosprawnych falownikach rezonansowych. Falowniki tego typu są stosowane do przekształcania energii elektrycznej przy częstotliwościach z zakresu od kilku kiloherców (kHz) do kilkudziesięciu megaherców (MHz) [1], [2], [3], [4]. Aby zapewnić wysoką sprawność falownika, tranzystor wymaga stabilnego punktu pracy i optymalnego przełączania związanego z warunkami (ZVS, ZVC). Wraz ze wzrostem częstotliwości przełączeń tranzystora MOSFET narastają problemy związane m. in. z utrzymaniem optymalnego przełączania, pełnym i odpowiednio szybkim przeładowaniem wewnętrznej pojemności bramki oraz stratami mocy występującymi podczas przełączeń. W celu zminimalizowania wpływu częstotliwości na proces przełączania tranzystora MOSFET stosuje się dedykowane i wyspecjalizowane układy nazywane potocznie drajwerami (ang. Driver) lub sterownikami bramkowymi [1], [2], [3]. Układy te zapewniają możliwie efektywne przełączanie bramki tranzystora (zmniejszenie strat) z określoną (zadaną) częstotliwością i wypełnieniem zależnym od wymaganego punktu pracy tranzystora MOSFET. Drajwery powinny zapewniać również możliwie krótkie czasy przełączeń. Obecnie na rynku dostępnych jest wiele gotowych drajwerów scalonych z szerokiego zakresu częstotliwości. Drajwery małej mocy, dedykowane do zastosowań z częstotliwościami sięgającymi kilkudziesięciu kiloherców (kHz), charakteryzują się co prawda krótkimi czasami przełączeń i czasami propagacji, ale nie nadają się do zastosowań powyżej kilkunastu MHz. Powodem tego jest zwykle zbyt mała wartość szczytowego prądu wyjściowego i dopuszczalnej mocy strat. Drajwery scalone dedykowane do częstotliwości powyżej kilkunastu MHz charakteryzują się znacznie wyższą wartością d[...]

Problem zwarć skrośnych w scalonych sterownikach bramkowych pracujących z częstotliwością 30 MHz DOI:10.15199/48.2018.06.13

Czytaj za darmo! »

W wysokosprawnym przetwarzaniu energii elektrycznej, jakie odbywa się w wysokosprawnych falownikach [1], przełączanie tranzystora MOSFET mocy z odpowiednio dużą częstotliwością i wydajnością staje się poważnym wyzwaniem dla projektanta sterownika bramkowego. Można wykazać dwa najistotniejsze problemy do rozwiązania:  pierwszym jest krótki czas przeładowania wewnętrznej pojemności CG bramki tranzystora MOSFET mocy w czasie kilku nanosekund. Aby to zrealizować, nie wystarczy tylko duża chwilowa wartość napięcia uGS i teoretycznie duży szczytowy prąd wyjściowy drajwera iG - przede wszystkim należy zminimalizować wartości wszystkich elementów pasożytniczych w podobwodzie drajwer-tranzystor MOSFET (rys.1).  Drugim problemem jest moc strat we wspomnianym obwodzie (rys.1). Wysoka częstotliwość pracy sięgająca 30 MHz oraz duży ładunek bramki QG tranzystora MOSFET powodują, że wartość tej mocy może wynosić nawet kilkadziesiąt watów [2, 3, 4]. Jest to jedno z ograniczeń uniemożliwiających konstrukcję kompaktowych, zwartych i wysokosprawnych przekształtników wysokoczęstotliwościowych. Rys.1. Obwód bramkowy tranzystora MOSFET mocy z przyłączonym drajwerem Rynek scalonych sterowników bramkowych nazywanych potocznie drajwerami (ang. driver), dedykowanych dla tranzystorów MOSFET jest bardzo różnorodny, ale większość z dostępnych układów nie jest przeznaczona do zastosowań przy częstotliwościach powyżej 2 MHz. Drajwery scalone charakteryzują się czasami przełączeń powyżej kilkunastu nanosekund, dużą indukcyjnością doprowadzeń LDR (powyżej 4 nH) i dużą rezystancją wyjściową RDR (powyżej 500 mΩ) [2, 3]. Często zdarza się, że drajwery te są niedopracowane technologicznie, co objawia się np. dużą mocą strat stanu jałowego PJ dla przełączania wyjścia z wysoką częstotliwością. Moc strat stanu jałowego może wynosić nawet 50% strat całkowitych w drajwerze z uwagi na fakt występowania zwarć skrośnych w komplementarnej par[...]

Szeregowy, dwuczęstotliwościowy falownik do nagrzewania indukcyjnego z pojedynczym mostkiem tranzystorowym typu H - problemy komutacji nieoptymalnych DOI:10.15199/48.2018.05.30

Czytaj za darmo! »

Artykuł dotyczy pojedynczego jednoczesnego falownika rezonansowego z szeregowym dwuczęstotliwościowym obwodem rezonansowym [1], [5], stosowanym w procesach precyzyjnego powierzchniowego hartowania Obwiedniowego elementów o nieregularnym kształcie, przykładem może być koło zębate. Cechą charakterystyczną jest prąd falownika zawierający dwie składowe: średniej iMF oraz wysokiej iHF częstotliwości. Do opisu zastosowano sformułowanie jednoczesny w celu zróżnicowania względem sekwencyjnego przekształtnika dwuczęstotliwościowego, który w prądzie wyjściowym zawiera w danej chwili czasowej tylko jedną ze składowych iMF lub iHF. Omawiany falownik o strukturze pełnego mostka tranzystorowego MOSFET zasila obwód rezonansowy przyłączony przez transformator dopasowujący Tr. Obwód rezonansowy składa się z trzech elementów reaktancyjnych: cewki L1 oraz dwóch kondensatorów rezonansowych C1, C2. Wzbudnik jest reprezentowany przez parametry zastępcze L2, R. Prosta konstrukcja zawierająca niewielką liczbę elementów pasywnych jest niewątpliwą zaletą prezentowanego rozwiązania falownika dwuczęstotliwościowego. Relatywnie prosta konstrukcja w stosunku do innych rozwiązań [5] nie jest pozbawiona wad, jakimi są:  skomplikowany układ sterowania MSI (modulacja naturalna/regularna) wysokiej częstotliwości,  występowanie komutacji nieoptymalnych,  regulacja mocy jednej składowej wpływa jednocześnie na drugą składową prądu i, jednak sterowanie mocy MSI pozwala na większościowe zmiany mocy regulowanej składowej. Celem artykułu jest identyfikacja występujących komutacji w procesie przełączania tranzystorów falownika, oraz ocena możliwości pracy układu. Dwuczęstotliwościowy obwód dopasowania Prezentowany obwód dopasowania (rys.1) charakteryzuje się dwoma częstotliwościami rezonansu szeregowego. Częstotliwość rezonansu składowej MF wynosi: (1) 1 1 1 2 MF f  LC  natomiast częstotliwość rezonansu składowej H[...]

Układy dopasowania L-C oraz L-LC w falownikach klasy D do nagrzewania indukcyjnego - teoria i praktyka DOI:10.15199/48.2016.06.02

Czytaj za darmo! »

W artykule opisano dwa układy dopasowania wzbudnika do nagrzewnicy indukcyjnej z falownikiem klasy D - szeregowy L-C oraz szeregowo-równoległy L-LC. Zaproponowano niespotykane przekształcenie układu L-C na L-LC z wykorzystaniem tego samego kondensatora obwodu rezonansowego. Porównano falowniki 1,5kW/300 kHz z takimi obwodami wykazując zarówno korzyści zastosowania obwodu L-LC jak i jego wady. Abstract. Two load matching circuits of Class D inverter for induction heating applications are presented in the paper: serial resonant L-C and series-parallel L-LC. The new reconfiguration of L-C into L-LC based on the same resonant capacitor is proposed. Two 1,5kW/300kHz inverters are compared to emphasize advantages as well disadvantages of L-LC circuit. (L-C and L-LC matching circuits in Class D inverters for induction heating - the theory and practice). Słowa kluczowe: falownik klasy D, MOSFET, L-LC, nagrzewanie indukcyjne. Keywords: Class D inverter, MOSFET, L-LC, induction heating. Wstęp Artykuł dotyczy tranzystorowego falownika napięciowego klasy D-ZVS [1]-[5] z tranzystorami MOSFET oraz układów typu L-C i L-LC dopasowania odbiornika, w zastosowaniu do nagrzewania indukcyjnego. Na rysunku 1 pokazano schemat takiego falownika o strukturze półmostka z pojemnościowym dzielnikiem napięcia zasilania, zbudowanego w oparciu o tranzystory MOSFET. Wzbudnik ze wsadem reprezentowany jest dwójnikiem RL, który do wyjścia falownika (zaciski A1, B1) przyłączony jest za pośrednictwem układu dopasowania, składającego się z transformatora dopasowującego Td i elementów biernych C, LS. Na rysunku 1 pokazano dwa układy dopasowania: szeregowy L-C oraz szeregowo-równoległy L-LC. Szeregowy układ dopasowania L-C jest prosty i najczęściej stosowany. Ma jednak wady, jak ta, że prąd wzbudnika i2 przepływa w całości przez stronę wtórną transformatora Td1. Falownik z takim układem obciążenia w literaturze klasyfikowany jest jako SL-SRI (Series Loaded Series Res[...]

Problematyka komutacji nieoptymalnych w pojedynczym szeregowym dwuczęstotliwościowym jednoczesnym falowniku do nagrzewania indukcyjnego DOI:10.15199/48.2018.03.12

Czytaj za darmo! »

Artykuł jest kontynuacją tematyki związanej z występowaniem komutacji twardej D→sT przy pracy falownika dwuczęstotliwościowego do nagrzewania indukcyjnego. Falownik taki ma typową strukturę pełnego mostka a sterowanie składowych prądu (MF i HF) odbywa się metodą modulacji naturalnej PWM z częstotliwością nośną (200- 400) kHz [1], [2], [3]. W ramach niniejszego opracowania wykonano układ testowy (rys.1) do badania gałęzi falownika przy komutacji twardej D→sT. Taki stan pracy osiągnięto sterując tranzystorami z częstotliwością mniejszą niż częstotliwość rezonansowa obwodu obciążenia (rys.2) [4]. Przedstawiona analiza ma na celu ocenę pracy tranzystorów pod kątem: maksymalnego prądu wstecznego IRRM diody - zapewnienie bezpiecznego poziomu nie powodującego uszkodzenia tranzystora (przekroczenia SOA), oraz określenie mocy strat i sprawności przy pracy z występowaniem komutacji twardej D→sT. W ramach badań skonstruowano sterowniki bramkowe (drajwery SiC) o niesymetrycznym napięciu sterowania +22 V/-6 V wraz z przetwornicami napięcia, przystosowane do sterowania tranzystorów mocy SiC MOSFET. Następnie wykonano drukowany obwód mocy falownika wraz z blokiem wodnym pełniącym rolę radiatora dla tranzystorów mocy. Ostatnim etapem prac była konstrukcja transformatora dopasowującego wraz z silnoprądowym szeregowym obwodem rezonansowym RLC. Przeprowadzono serię pomiarów dla reprezentatywnej grupy trzech tranzystorów o zbliżonych parametrach prądowo-napięciowych osadzonych w obudowach TO-247. Tabela 1 przedstawia zestawienie wybranych parametrów dla wytypowanych tranzystorów. Tabela 1. Zestawienie stosowanych tranzystorów mocy [5] Symbol ID, A UDS, V RDS(on), mΩ trr, ns IRRM, A Warunki pomiaru STM STW65N80K5 (Si) 46 800 80 650 60 IF=46 A, VDD=60 V, di/dt=100 A/μs STM SCT30N120 (SiC) 45 1200 90 140 2 IF= 20 A, VDD=800 V, di/dt=100 A/μs ROHM SCH2080KE (SiC+SBD) 40 1200 80 37 2,4 I[...]

Problematyka określenia sprawności niskostratnych drajwerów pracujących z częstotliwością 30 MHz DOI:10.15199/48.2018.08.28

Czytaj za darmo! »

W ostatnich latach można zaobserwować nieprzerwany wzrost zapotrzebowania na falowniki o megahercowych (MHz) częstotliwościach pracy oraz mocach od kilkuset watów (W) do kilku kilowatów (kW). Przyczyną wzrostu zapotrzebowania na tego typu falowniki są ich liczne zastosowania przemysłowe np. w nagrzewaniu indukcyjnym, nagrzewaniu pojemnościowym, wytwarzaniu półprzewodników lub indukcyjnej generacji plazmy. W literaturze spotykane są badania obejmujące analizę właściwości, zaawansowane projektowanie, modelowanie oraz testy laboratoryjne falowników rezonansowych klasy D, DE, E oraz EF, o coraz to wyższych częstotliwościach pracy i mocach wyjściowych. Głównym, a zarazem najistotniejszym elementem układu falownika jest tranzystor MOSFET mocy, który musi charakteryzować się wysoką częstotliwością pracy zachowując jednocześnie swoje właściwości statyczne i dynamiczne. Budowa wysokoczęstotliwościowych falowników rezonansowych wymaga rozwiązania złożonej problematyki sterowania procesem przełączania bramki tranzystora MOSFET mocy. Do prawidłowego wysterowania bramki pojedynczego tranzystora można posłużyć się dedykowanym układem nazywanym sterownikiem bramkowym (ang. driver), lub potocznie drajwerem. Do głównych zadań sterownika bramkowego - drajwera należy zapewnienie odpowiednich poziomów napięć dla załączania i wyłączania tranzystora oraz efektywne przeładowanie wewnętrznej pojemności bramki w możliwie najkrótszym czasie. Niezwykle ważne staje się nieustanne doskonalenie układów sterowników bramkowych, które powinny zapewniać możliwie efektywne przełączanie tranzystora z możliwie minimalnymi stratami własnymi [1, 2, 3, 4]. Na rynku dostępnych jest bardzo wiele rozwiązań sterowników bramkowych dedykowanych do zastosowań wysokoczęstotliwościowych. Przeważająca większość tych układów nie radzi sobie z przeładowaniem wewnętrznej pojemności bramki tranzystora, co w efekcie skutkuje znacznym wzrostem czasów przełączeń oraz wzroste[...]

 Strona 1  Następna strona »