سوئیچ زنی نرم zvs و zcs چیست ؟


مقدمه : 

امروزه ، مهم ترین مشخصه ی اصلی هر مبدل قدرت شامل مواردی نظیر هزینه ی ساخت ، مقدار توان خروجی ، راندمان ، ریپل ولتاژ خروجی ، پاسخ گذرا و نویز الکترومغناطیسی (EMI) آن میشود. سوئیچ زنی متداول و سنتیِ سخت یا (Hard Switching) دارای مزایایی است مانند راحتی و سرعت در اجرا .علاوه بر آن ، ساختارهای کنترلی برای سوئیچ زنی سخت نیز راحت تر و کوچک ترند.
با این حال ، تلفات مبدل ، راندمان و توان خروجی را محدود میکند. همچنین تلفات در حین سوئیچ زنی(تلفات سوئیچینگ) نیز فرکانس سوئیچ زنی را محدود میکند.

 

سوئیچ زنی سخت چیست ؟

اصطلاح سوئیچ زنی سخت به حالتی گفته میشود که عمل سوئیچ زدن (تغییر وضعیت از روشن به خاموش و بلعکس) ترانزیستور در لحظاتی انجام میشود که ترانزیستور دارای جریان و ولتاژ است(دارای همپوشانی هستند.)
این همپوشانی باعث ایجاد تلفات انرژی میشود و میتوان آن را با افزایش مقدار di/dt و dv/dt به حداقل رساند.اگرچه تغییر سریع dv/dt و di/dt سبب تولید نویز EMI میشود .بنابراین مقدار dv/dt و di/dt باید به مقداری بهینه شوند تا مشکلات نویز EMI را سبب نشوند.

 

شکل 1 . تلفات سوئیچ زنی با دو فلش مشخص شده اند.

 

شکل 2 . شکل موج ولتاژ درین سورس در یک مبدل واقعی

 

به منظور کاهش اثرات نویز EMI و بهبود راندمان ، یک روش سوئیچ زنی سخت بهبود یافته بوجود آمد به نام روش رزونانس Quasi که بیشتر در مبدل های فلایبک مشاهده میشوند.

 

 

روش سوئیچ زنی رزونانس quasi (یا دره) چیست ؟

 

در این روش ، به منظور حداقل کردن تلفات سوئیچ زنی و بهبود راندمان ، ترانزیستور هنگامی روشن میشود که ولتاژ درین سورس (Vds) در حداقل خود است.(حالت دره)

 

شکل 3 . ولتاژ درین سورس در یک مبدل واقعی در روش سوئیچ زنی رزونانس quasi یا دره

 

سوئیچ زنی نرم چیست ؟ 

 

در سوئیچ زنی نرم باید قبل از روشن و یا خاموش شدن سوئیچ ، یک پارامتر (جریان یا ولتاژ سوئیچ) صفر شده باشند. سوئیچ زنی نرم سبب حداقل کردن تلفات و نویز EMI میشود . ساختار های مرسوم مانند شیفت فاز ZVS و LLC تنها در روشن کردن سوئیچ به شکل سوئیچ زنی نرم عمل میکنند.
در حالت ZVS(سوئیچ زنی در ولتاژ صفر) ، به منظور کاهش تلفات سوئیچینگ حالت روشن ترانزیستور زمانی تغییر روشن میشود که ولتاژ درین سورس Vds آن صفر شده باشد.
درحالت ZCS(سوئیچ زنی در جریان صفر ) ، به منظور کاهش تلفات سوئیچینگ حالت خاموش ترانزیستور زمانی خاموش میشود که جریان درین Id صفر شده باشد.

 

شکل 4 . شکل موج ولتاژ و جریان در حالت سوئیچ زنی نرم

 

شکل 5 . مبدل پل تمام شیفت فاز ZVS
لازم به ذکر است در اکثر مدارات سوئیچ زنی نرم به دلیل فرکانس بالا ، استفاده از دیود سریع یا (fast body diode) به همراه سوئیچ لازم و ضروری است.

دلیل استفاده از دیود سریع چیست ؟

 

امروزه اکثر مدارات رزونانسی به شکل ساختارهای نیم پل و یا تمام پل ساخته شده اند .(2 و یا 4 ترانزیستور) بنابراین انرژی میتواند به سمت چپ در ترانزیستور برگشته و سبب شکست و معیوب شدن آن شود.

 

بنابراین به دلیل وجود این حالت های گذرا که ادامه دار نیز هستند ، لازم است از یک دیود سریع استفاده کنیم تا مطمئن شویم که انرژی به طور کامل ترانزیستور را ترک میکند.

 

شکل 6 . ماسفت به همراه سوئیچ fast body

 

دسته بندی سوئیچ زنی نرم :

 

به طور کلی ، سوئیچ زنی نرم خود به دو دسته تقسیم میشوند .1- خود رزونانس 2- رزونانس اجباری.

 

روش خود رزونانس :

در روش سوئیچ زنی نرم خود رزونانس ، یک مدار نوسان ساز برای محاسبه دقیق کموتاسیون ترانزیستور استفاده میشود تا در نتیجه سوئیچ زنی به شکلی شبیه شکل 4 انجام شود.
از معایب اصلی روش سوئیچ زنی نرم خود رزونانس میتوان به این نکته اشاره کرد که این ساختار تنها در مبدل های قدرت ایزوله نشده ای قابل اجرا است که ولتاژ ورودی و بارهای خروجی در یک محدوده ی باریکی از تغییرات قرار دارند.
در نتیجه ، سوئیچ زنی نرم خود رزونانس ، در بخش کوچکی از مبدل های DC به DC استفاده میشوند.

 

روش سوئیچ زنی نرم رزونانس اجباری :

 

ساختار هایی که از روش رزونانس اجباری برای سوئیچ زنی نرم استفاده میکنند ، دارای ورودی های بسیاری هستند (مانند ولتاژ ورودی ، بار ، ولتاژ ترانزیستورها ،جریان ها و …) تا به طور دقیق سوئیچ زنی ها را محاسبه و اجرا کرده و تلفات سوئیچ زنی را حذف کنند.
این روش تمام مزیت های روش خود رزونانس را دارد ،و علاوه بر آن ها ، میتوان از این روش در تمامی مبدل های قدرت استفاده کرد (و نه تنها مبدل DC به DC)
از معایب این روش میتوان به محاسبات سنگین آن اشاره کرد که به همین دلیل در بازار هنوز نتوانسته است جایگاه خود را پیدا کند.

 

 

توصیه میکنیم حتما مطلب زیر رو هم مطالعه کنین :

سوئیچ زنی نرم چیست و چگونه در مبدل های DC به DC پایه قابل پیاده سازی هستند؟

آموزش ها

quasizcszvsدیود سریعروش سوئیچ زنی quasiسوئیچ زنی رزونانسنویز emi

2 دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید