TR201606371A2 - Paralel Bağlı Anahtarlama Vasıtaları ve Anahtarlamalı Güç Çevirici - Google Patents

Abstract

Bu buluş, bir elektriksel güç anahtarlama devresi ile, özellikle de paralel bağlı anahtarlama vasıtaları ve bir anahtarlamalı güç çevirici (1) ile ilgilidir. Bu buluş, özellikle, bir ikinci anahtarlama vasıtasına (10) elektriksel olarak paralel bağlı olan ve ikinci anahtarlama vasıtası (10) ile birlikte bir kapı sürme devresi (8) tarafından sürülen bir birinci anahtarlama vasıtası (9) içeren bir anahtarlamalı güç çevirici (1) ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME PARALEL BAGLI ANAHTARLAMA VASITALARI VE ANAHTARLAMALI GÜÇ ÇEVIRICI Bu bulus, bir elektriksel güç anahtarlama devresi ile, özellikle de paralel bagli anahtarlama vasitalari ve bir anahtarlamali güç çevirici ile ilgilidir.

Transistör) gibi anahtarlama vasitalari, elektrik motorlari gibi belli yükler için gereksinim duyulan yüksek anahtarlama hizlarina ulasabilmektedir. Bir anahtarlama vasitasinda, açma ve kapama sürelerinde ani güç kayiplari ortaya çikmaktadir. Anahtarlama güç kaybi anahtarlama frekansina dogrusal olarak bagimli oldugundan, daha kisa anahtarlama sürelerine sahip bir anahtarlama vasitasi, anahtarlama güç kaybini büyük ölçüde sinirlamaktadir. Öte yandan, anahtarlama vasitasinin iletim sirasindaki güç kaybi da açik durumdaki güç kaybini artirmaktadir. Açik durumdaki voltajin seviyesi, iletim kayiplarinda belirleyici olmaktadir.

Teknigin bilinen durumunda yer alan US4532443 sayili patent dokümaninda, bir DC kaynagindan bir yenileme yüküne güç aktaran, her biri kaynak, bosaltma ve kapi elemanlarina sahip olan, kaynak-bosaltma devrelerinin DC kaynagi ve yenileme yükü arasinda paralel olarak bagli oldugu, kaynak ve bosaltma elemanlarinin arasinda bir dogal ters diyot baglantisi bulunan birden fazla güç MOSFETH, her bir MOSFET'in kapi elemanina baglanan bir anahtarlama kontrol sinyali çikisina sahip olan ve MOSFET7in kaynak-bosaltma devrelerini seçilen bir hizda anahtarlayan bir kontrol sinyali çikisi, güç MOSFET”inin kaynak-bosaltma devrelerine paralel olarak baglanan ve yükten gelen ters akimi iletmek üzere kutuplanan bir birinci diyet ve güç MOSFETInin kaynak-bosaltma devrelerine seri baglanan ve MOSFETiin ters diyot baglantilarindan geçen akimi kesecek sekilde kutuplanan bir ikinci diyot içeren, ikinci diyot ile güç MOSFET'inin kaynak-bosaltma devrelerinin seri baglantisinin birinci diyot ile söntlendigi bir güç anahtarlama devresi açiklanmaktadir.

Bu bulus ile, Istem l'de tanimlanan özelliklerle karakterize edilen ve anahtarlama ve iletim kayiplari azaltilacak sekilde çalistirilabilen paralel bagli anahtarlama vasitalarina sahip olan bir anahtarlamali güç çevirici gerçeklestirilmektedir.

Bu bulusun amaci, anahtarlama ve iletim kayiplari azaltilacak sekilde çalistirilabilen paralel bagli anahtarlama vasitalarina sahip olan bir anahtarlamali güç çeviricinin gerçeklestirilmesidir.

Bulus konusu anahtarlamali güç çevirici, bir kapi sürme devresine ve bir birinci anahtarlama vasitasina elektriksel olarak bagli olan bir birinci geciktirme devresinin birinci anahtarlama vasitasinin kapanmasini geciktirdigi, paralel anahtarlama vasitalari içermektedir. Ayrica, kapi sürme devresi ile bir ikinci anahtarlama vasitasina elektriksel olarak bagli olan bir ikinci geciktirme devresi, ikinci anahtarlama vasitasinin açilmasini geciktirmektedir.

Birinci anahtarlama vasitasi, ikinci anahtarlama vasitasina kiyasla daha kisa açilma ve kapanma geçis sürelerine sahip olacak sekilde, ikinci anahtarlama vasitasindan daha hizlidir. Özetle, daha düsük açilma güç kaybina sahip olan ve daha hizli olan birinci anahtarlama vasitasi, paylasilan akimin daha büyük bir kismini iletecek sekilde ikinci anahtarlama vasitasindan daha önce iletime baslamaktadir. Diger yandan, birinci anahtarlama vasitasi, ikinci anahtarlama vasitasi kapatilirken de akim iletmeye devam etmekte, bunun sonucunda, kapanma akiminin daha büyük bir kismi daha hizli olan anahtarlama cihazina aktarilmaktadir.

Ekteki sekiller yalnizca, önceki teknige göre avantajlari yukarida ana hatlariyla anlatilan ve asagida ayrintili olarak açiklanacak olan bir anahtarlamali güç çeviriciyi örneklendirme amaciyla verilmistir.

Sekiller, istemlerde tanimlanan koruma kapsamini sinirlandirmamaktadir ve bu bulusun açiklama kismindaki teknik açiklamaya basvurulmadan, istemlerde tanimlanan kapsami yorumlama amaciyla tek baslarina kullanilmamalidir.

Sekil 1, bulusun bir uygulamasinda, bir anahtarlamali güç çevirici sürme devresinin basitlestirilmis blok devre semasini göstermektedir.

Sekil 2, bulusun bir uygulamasinda, bir anahtarlamali güç çevirici sürme sinyali ayarlama devresinin devre semasini göstermektedir.

Sekillerdeki parçalar tek tek numaralandirilmis olup, bu numaralarin karsiligi asagida verilmistir: 1) Anahtarlamali güç çevirici 2) Birinci geciktirme devresi 3) Ikinci geciktirme devresi 4) Birinci açma devresi ) Ikinci açma devresi 6) Birinci kapama devresi 7) Ikinci kapama devresi 8) Kapi sürme devresi 9) Birinci anahtarlama cihazi ) Ikinci anahtarlama cihazi Bulus konusu anahtarlamali güç çevirici genel olarak referans numarasi 1 ile tanimlanmaktadir. Anahtarlamali güç çevirici (l), örnegin lGBT'ler (Insulated Gate Bipolar Transistor - Yalitilmis Kapili Iki Kutuplu Transistör) gibi, paralel baglanan birinci ve ikinci anahtarlama vasitalari (9 ve 10) içermektedir.

Bir anahtarlama vasitasi, açma ve kapama sürelerinde ani güç kayiplarina sebep olmaktadir. Bir anahtarlama vasitasi açik konuma getirildiginde, bir paralel diyot ters biaslanirken anahtarlama vasitasindan akim geçmektedir. Öte yandan, bir anahtarlama vasitasi kapali konuma getirildiginde, anahtarlama vasitasinin üzerinde bir giris voltaji ortaya çikmaktadir.

Anahtarlama vasitasinin açik konuma getirilme geçisi sirasinda, bir gecikme süresini, anahtarlama vasitasinin baglanti uçlari arasindaki voltajin belli bir açik konum degerine düsmesiyle sonuçlanan bir akim yükselmesi süresi izlemektedir.

Anahtarlama vasitasi, genellikle açma ve kapama geçis sürelerinden uzun olabilen bir iletim süresi boyunca iletim halinde kaldigindan, iletim süresi sirasindaki enerji kayiplari açik konumdaki voltaj ve akima bagimli olmaktadir.

Ayni sekilde, anahtarlama vasitasinin kapama geçisinde, bir kapama gecikmesini, paralel diyotun ileri biaslanarak akim iletmesiyle sonuçlanan bir voltaj yükselmesi izlemektedir.

Bu bulusta, bir ikinci anahtarlama vasitasina (10) kiyasla daha kisa açma ve kapama geçis sürelerine sahip olan bir birinci anahtarlama vasitasi (9), birinci anahtarlama vasitasina (9) paralel baglanmaktadir. Baska bir deyisle, ikinci anahtarlama vasitasi (10) birinci anahtarlama vasitasina (9) kiyasla daha uzun açma ve kapama geçis sürelerine sahiptir. Dolayisiyla, bulus konusu birinci anahtarlama vasitasi (9), paralel baglanan ikinci anahtarlama vasitasina (10) göre daha hizlidir.

Bir birinci açma devresi (4) birinci anahtarlama vasitasinin (9) açik konuma getirilmesini saglarken, bir birinci kapama devresi (6) birinci anahtarlama vasitasini (9) kapali konuma getirmektedir. Ayni sekilde, ikinci açma ve kapama devreleri (5, 7), ikinci anahtarlama vasitasinin (10) iletimini baslatacak ve durduracak sekilde çalismaktadir. Bu bulusta, birinci ve ikinci geciktirme devreleri (2, 3), birinci ve ikinci anahtarlama vasitalarinin (9, 10) iletme ve iletmeme modlarina biaslanmasini saglamaktadir.

Asagida açiklanacagi gibi, birinci ve ikinci geciktirme devreleri (2, 3), birinci ve ikinci anahtarlama vasitalarinin (9, 10) açilmasini ve kapanmasini geciktirerek güç kayiplarinin azaltilmasini ve güç çevirme verimliliginin artirilmasini saglamaktadir.

Birinci anahtarlama vasitasina (9) kiyasla daha yavas olan ikinci anahtarlama vasitasinin (10) açik konuma getirilmesi ikinci geciktirme devresi (3) tarafindan geciktirilmektedir. Böylece, daha düsük açma güç kaybina sahip olan birinci anahtarlama vasitasi (9) ikinci anahtarlama vasitasindan (10) önce iletime baslamakta ve ikinci anahtarlama vasitasi (10) açik konuma getirilinceye degin birinci anahtarlama vasitasi (9) akimin daha büyük bir kismini ileterek toplam anahtarlama güç kayiplarinin azaltilmasina katkida bulunmaktadir.

Ayni sekilde, birinci geciktirme devresi (2) birinci anahtarlama vasitasinin (9) kapali konuma getirilmesinin geciktirilmesini saglamaktadir. Böylece, ikinci anahtarlama vasitasi (10) kapali konuma getirilirken birinci anahtarlama vasitasi (9) akim iletmeye devam etmekte ve bu sayede, anahtarlamali güç çeviricinin (l) iletme ve iletmeme modlari arasindaki geçisler büyük oranda daha hizli olan ve daha az anahtarlama kayiplari ortaya çikaran birinci anahtarlama vasitasi (9) tarafindan gerçeklestirilmektedir.

Bu bulusta, daha düsük açma güç kaybina sahip, daha hizli olan anahtarlama vasitasi (birinci anahtarlama vasitasi 9) akimin daha büyük bir kismini açik ve kapali konuma getirirken, daha düsük açik konum kaybina sahip, daha yavas olan anahtarlama vasitasi (ikinci anahtarlama vasitasi 10) açik konum süresi boyunca iletilen akimi paylasarak, daha hizli olan anahtarlama vasitasinin (birinci anahtarlama vasitasi 9) tek basina çalistigi duruma kiyasla daha az toplam iletim kaybi ortaya çikmasini saglamaktadir.

Anahtarlama vasitalarinin açik konum sirasindaki güç kayiplari toplam güç kaybini artirdigindan, anahtarlama vasitasinin açik konum voltaj düsüsü ortaya çikan iletim kayiplarinda belirleyici olmaktadir. Böylece, bulus konusu devre yapisi, avantajli bir sekilde, ikinci anahtarlama vasitasi (lO) sayesinde iletim kayiplarini azaltirken, ayni zamanda, birinci anahtarlama vasitasi (9) sayesinde anahtarlama kayiplarini azaltmaktadir.

Paralel baglanan birinci ve ikinci anahtarlama vasitalarina (9, 10) sahip olan devre topolojisi, daha hizli olan anahtarlama vasitasinin (birinci anahtarlama vasitasi, 9) tek basina çalistigi duruma göre %2,5 ve daha yavas olan anahtarlama vasitasinin (ikinci anahtarlama vasitasi, 10) tek basina çalistigi duruma göre %8,1 verimlilik artisi saglamaktadir. Anahtarlama güç kaybi anahtarlama frekansina dogrusal olarak bagimli oldugundan, çeviricinin verimliligi, anahtarlamali güç çeviricinin (1) anahtarlama frekansina bagli olarak daha da artabilmektedir ve daha kisa anahtarlama sürelerine sahip bir anahtarlama cihazi anahtarlama kayiplarini büyük ölçüde sinirlandirabilmektedir.

Bulusun örnek bir uygulamasinin gösterildigi Sekil 2°ye uygun olarak, “daha hizli anahtarlama” çikisi olusturan birinci geciktirme devresi (2), R4 direnci ve C1 kondansatörünün degerleri ayarlanarak, Qz transistörünün açilma zamaninin “daha hizli anahtarlama” çikisina baglanan birinci anahtarlama vasitasinin (9) kapanma süresi geciktirilebilecek sekilde ayarlanmasi saglanarak gerçeklestirilebilmektedir.

Ayni sekilde, “daha yavas anahtarlama” çikisi olusturan bir ikinci geciktirme devresi (3), R1 direnci ve C2 kondansatörünün degerleri degistirilerek, Q] transistörünün açilma zamaninin “daha yavas anahtarlama” çikisina baglanan ikinci anahtarlama vasitasinin (10) açilma süresi geciktirilebilecek sekilde ayarlanmasi saglanarak gerçeklestirilebilmektedir. Böylece, birinci ve ikinci geciktirme devresi (2, 3), sirasiyla, birinci anahtarlama vasitasinin (9) kapali konuma getirilmesinin ve ikinci anahtarlama vasitasinin (10) açik konuma getirilmesinin geciktirilmesini saglamaktadir.

Bu bulusta, bir kapi sürme devresi (8) ile birinci anahtarlama vasitasinin (9) arasina bir birinci geciktirme devresi (2) baglanarak birinci geciktirme devresinin (2) birinci anahtarlama vasitasinin (9) kapanmasini geciktirmesi saglanmakta ve bir kapi sürme devresi (8) ile ikinci anahtarlama vasitasinin (10) arasina bir ikinci geciktirme devresi (3) baglanarak ikinci geciktirme devresinin (3) ikinci anahtarlama vasitasinin (10) açilmasini geciktirmesi saglanmaktadir. Özetle, bu bulus ile, bir ikinci anahtarlama vasitasina (10) elektriksel olarak paralel bagli olan ve ikinci anahtarlama vasitasi (10) ile birlikte bir kapi sürme devresi (8) tarafindan sürülen bir birinci anahtarlama vasitasi (9) içeren bir anahtarlamali güç çevirici (l) gerçeklestirilmektedir.

Bulusun bir uygulamasinda, bir kapi sürme devresi (8) ile birinci anahtarlama vasitasinin (9) arasina bir birinci geciktirme devresi (2) baglanarak birinci geciktirme devresinin (2) birinci anahtarlama vasitasinin (9) kapanmasini geciktirmesi saglanmakta ve bir kapi sürme devresi (8) ile ikinci anahtarlama vasitasinin (10) arasina bir ikinci geciktirme devresi (3) baglanarak ikinci geciktirme devresinin (3) ikinci anahtarlama vasitasinin (10) açilmasini geciktirmesi saglanmaktadir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, birinci anahtarlama vasitasi (9), ikinci anahtarlama vasitasina (lO) kiyasla daha kisa açma ve kapama geçis sürelerine sahiptir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, bir birinci açma devresi (4), birinci anahtarlama vasitasinin (9) iletme moduna biaslanmasini, bir birinci kapama devresi (6) birinci anahtarlama vasitasinin (9) iletmeme moduna biaslanmasini saglamaktadir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, bir ikinci açma devresi (5), ikinci anahtarlama vasitasinin (10) iletme moduna biaslanmasini, bir ikinci kapama devresi (7) ikinci anahtarlama vasitasinin (10) iletmeme moduna biaslanmasini saglamaktadir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, daha düsük açma ve kapama güç kaybina sahip olan birinci anahtarlama vasitasi (9) ikinci anahtarlama vasitasindan (10) önce iletime baslamakta ve ikinci anahtarlama vasitasi (10) açik konuma getirilinceye degin birinci anahtarlama vasitasi (9) paylasilan akimin daha büyük bir kismini iletmektedir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, birinci anahtarlama vasitasi (9), ikinci anahtarlama vasitasi (10) kapali konuma geçirilirken akim iletmeyi sürdürmektedir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, anahtarlamali güç çeviricinin (l) iletme ve iletmeme modlanna geçisleri birinci anahtarlama vasitasi (9) tarafindan gerçeklestirilmektedir.

Bu bulus ile, böylece, anahtarlama ve iletim kayiplari azaltilacak sekilde çalistirilabilen paralel bagli birinci ve ikinci anahtarlama vasitalarina (9, 10) sahip olan bir anahtarlamali güç çeviricinin (1) gerçeklestirilmektedir. Birinci anahtarlama vasitasi (9) anahtarlama kayiplarini azaltirken, ikinci anahtarlama vasitasi (10) açik konum kayiplarinin azaltilmasi avantajini saglamaktadir.

Claims (7)

ISTEMLER

1) Bir ikinci anahtarlama vasitasina (10) elektriksel olarak bagli olan ve ikinci anahtarlama vasitasi (10) ile birlikte bir kapi sürme devresi (8) tarafindan sürülen bir birinci anahtarlama vasitasi (9) içeren, bir kapi sürme devresi (8) ile birinci anahtarlama vasitasinin (9) arasina baglanarak birinci anahtarlama vasitasinin (9) kapanmasinin geciktirilmesini saglayan bir birinci geciktirme devresi (2) ve bir kapi sürme devresi (8) ile ikinci anahtarlama vasitasinin (10) arasina baglanarak ikinci anahtarlama vasitasinin (10) açilmasinin geciktirmesini saglayan bir ikinci geciktirme devresi (3) ile karakterize edilen bir anahtarlamali güç çevirici (l).

2) Ikinci anahtarlama vasitasina (10) kiyasla daha kisa açma ve kapama geçis sürelerine sahip olan birinci anahtarlama vasitasi (9) ile karakterize edilen, Istem 17deki gibi bir anahtarlamali güç çevirici (l).

3) Birinci anahtarlama vasitasinin (9) iletme moduna biaslanmasini saglayan bir birinci açma devresi (4) ve birinci anahtarlama vasitasinin (9) iletmeme moduna biaslanmasini saglamayan bir birinci kapama devresi (6) ile karakterize edilen, Istem ] veya Zideki gibi bir anahtarlamali güç çevirici (l).

4) Ikinci anahtarlama vasitasinin (10) iletme moduna biaslanmasini saglayan bir ikinci açma devresi (5) ve ikinci anahtarlama vasitasimn (10) iletmeme moduna biaslanmasini saglamayan bir ikinci kapama devresi (7) ile karakterize edilen, Istem 1 veya 2°deki gibi bir anahtarlamali güç çevirici (l).

5) Daha düsük açma ve kapama güç kaybina sahip olan, ikinci anahtarlama vasitasindan (10) önce iletime baslayan ve ikinci anahtarlama vasitasi (10) açik konuma getirilinceye degin paylasilan akimin daha büyük bir kismini ileten birinci anahtarlama vasitasi (9) ile karakterize edilen, Istem 2”deki gibi bir anahtarlamali güç çevirici (l).

6) Ikinci anahtarlama vasitasi (10) kapali konuma geçirilirken akim iletmeyi sürdüren birinci anahtarlama vasitasi (9) ile karakterize edilen, Istem 2 veya 57teki gibi bir anahtarlamali güç çevirici.

7) Iletme ve iletmeme modlarina geçislerini gerçeklestirilen birinci anahtarlama vasitasi (9) ile karakterize edilen, Istem 6'daki gibi bir anahtarlamali güç çevirici (l).