Yarım köprü rezonans tipi evirgeç topolojilerinin değerlendirilmesi

Rezonans güç evirgeçleri, günümüz güç elektroniği endüstrisinde, yüksek verimleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yüksek verim evirgeçlerin sıfır akım anahtarlama (ZCS) veya sıfır gerilim anahtarlama (ZVS) modlarında çalıştırılmasının sonucudur. Her ne kadar birçok topoloji mevcut olsa da, bunların çoğu temel olarak “gerilim kaynaklı seri rezonans” ve “akım kaynaklı paralel rezonans” tipi evirgeçler olarak adlandırılan iki temel yapıdan türetilmiştir. Her iki evirgeç topolojisi, tam köprü ve yarım köprü devre varyasyonlarını içerir. Bu çalışmada, seri köprü tipi ve paralel rezonans evirgeçler incelenmiştir. İki tip arasında – pratik uygulamalara göre – bir karşılaştırma da sunulmuştur. Analitik olarak elde edilen sonuçlar, iki prototip üzerinde deneysel ölçümlerle karşılaştırılmıştır. Özel olarak, 80 kVA’lık bir yarım köprü serisi rezonansı ve 3 kVA’lık bir yarım köprü paralel rezonans tipi indüksiyon ısıtma kaynakları incelenmiş ve detaylı bir karşılaştırma tablosu literatüre kazandırılmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Yarım Köprü Invertör, Rezonans Invertör, snubber devresi, indüksiyon ile ısıtma

Evaluation of half-bridge resonant inverter topologies

Resonant power inverters are widely used in today’s power electronic industry due to their high efficiencies. These high efficiencies are the result of operating the inverters in either zero current switching (ZCS) or zero voltage switching (ZVS) modes. Although there are many topologies available, the majority of them are mainly derived from two basic structures called “the voltage source series resonant” and “the current source parallel resonant” type inverters. Both inverter topologies incorporate full bridge and half-bridge circuit variations. In this paper, the half-bridge type of series and parallel resonant inverters are investigated. A comparison between the two types - with respect to practical applications - is also presented. Analytically derived results are compared against experimental measurements for two prototypes. Specifically, an 80 kVA half-bridge series resonant and a 3kVA half-bridge parallel resonant type induction heating supplies are being compared. At the end of the study, a detailed comparison table was introduced to the literature

Keywords:

Half-Bridge Inverter, Resonant Inverters, snubber circuits, induction heating,

PDF

___

[1] Dieckerhoff, S., Ryan, M.J,, Doncker, R.W. 1999. Design of an IGBT-based LCL-Resonant Inverter for High Frequency induction Heating. IEEE 34th Industry Applications Conference, 3-7 October, Phoenix, AZ, USA, 2039-2045.
[2] CREE Inc. 2013. Design Considerations for Designing with Cree SiC Modules Part 1. Understanding the effects of parasitic inductance CPWR-AN12. Durham, NC, USA: Cree.
[3] CREE Inc. 2013. Design Considerations for Designing with Cree SiC Modules Part 2. Techniques for minimizing parasitic inductance CPWR-AN13. Durham, NC, USA: Cree.
[4] Kazimierczuk, M.K., Czarkkowski, D. 2011. Resonant Power Converters. 2nd ed. New Jersey, USA: John Willey & Sons Inc., p. 149-157, p.309-315.
[5] Dimitrijev, S. 2011. Principles of Semiconductor Devices. 2nd ed. Oxford, United Kingdom: Oxford University Press, p. 239-241.
[6] Linder, S. 2006. Power Semiconductors. 1st ed. Lausanne, Switzerland: EPFL Press, p 83-85.
[7] Lu, J., Tian, X., Lu, S., Zhou, H., Zhu, Y., Han, Z. 2013. Dynamic Avalanche Behavior of power MOSFETs and IGBTs under Unclamped Inductive Switching Conditions, Journal of Semiconductors, Volume 34, No 3, 5. doi:101088/1674-4926/34/3/034002.
[8] Namadmalan, A., Moghani, J.S., Milimonfared, J.A. 2011. A Current-Fed Parallel Resonant Push-Pull Inverter with a New Cascaded Coil Flux Control for Induction Heating Applications, Journal of Power Electronics, Volume 11, No. 5, p.632-638.
[9] Phillipou, A., Jaeger, C., Laven, J.G., Baburske, L., Shulltz, H. J., Pfirsch, F., Niedernosthedide F. J., Vellei, A., Itani, H. Critical Over Current Turn-off Close to IGBT Current Saturation: Proceedings of 27th International Symposium of Power Semiconductor Devices & ICs, May 10-14, 2015, Kowloon, Hong Kong, 113-116.
[10] Stephen, J.F., Barry, W., Green, T.C. 1996. RCD Snubber Revised, IEEE Transactions on Industry Applications, Volume 32, p.155-160.
[11] Yamashita, Y., Furuta, J., Inamori, S., Kobayashi, K. 2017. Design of RCD Snubber Considering Wiring Inductance for MHz-switching of SiC-MOSFET. IEEE 18th Workshop on Control and Modeling for Power Electronics (COMPEL), 9-12 July, Stanford, CA, USA, 1-6.