¿Los puentes H del inversor de CA alguna vez se manejan de esta manera?

Hay una competencia de Google en este momento llamada el desafío de la caja pequeña . Es diseñar un inversor AC muy eficiente. Básicamente, el inversor se alimenta con un voltaje de CC de unos pocos cientos de voltios y el diseño ganador se elegirá por su capacidad para producir una salida de 2kW (o 2kVA) de la manera más eficiente desde el punto de vista eléctrico. Hay algunos otros criterios que deben cumplirse, pero ese es el desafío básico y los organizadores afirman que una eficiencia superior al 95% es imprescindible.

Es una tarea difícil y me hizo pensar en ello como un ejercicio. He visto muchos diseños de puente H inversor, pero todos conducen PWM a los cuatro MOSFET, lo que significa que hay 4 transistores que contribuyen a las pérdidas de conmutación todo el tiempo: -

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El diagrama superior es como normalmente leo sobre diseños de inversores, pero el diagrama inferior me pareció una forma de reducir las pérdidas de conmutación en prácticamente 2.

Nunca lo había visto antes, así que pensé en preguntar aquí si alguien más lo había hecho, tal vez haya un "problema" que no reconozco. De todos modos, decidí no participar en la competencia si alguien se pregunta por qué estoy publicando esto.

EDITAR, solo para explicar cómo creo que debería funcionar: Q1 y Q2 (usando PWM) pueden generar (después del filtrado) un voltaje "suavizado" que puede variar entre 0V y +V. Para producir el primer medio ciclo de una forma de onda de CA de potencia, Q4 se enciende (Q3 se apaga) y Q1/Q2 producen las formas de onda de conmutación PWM para hacer una onda sinusoidal de 0 grados a 180. Para el segundo medio ciclo, Q3 se enciende (Q4 se apaga) y Q1/Q2 produce un voltaje de onda sinusoidal invertida usando los tiempos PWM apropiados.

Pregunta:

  • ¿Hay algún problema que desconozco en este tipo de diseño, tal vez las emisiones de EMC o "¡simplemente no funcionará estúpidamente!"
Tal vez me estoy perdiendo algo (o me estás tomando el pelo, porque ayer fue el Día Internacional de Hablar como un Pirata , arrr, ¿me buckos?-). ¿La carga solo tendrá energía fluyendo la mitad del tiempo a la frecuencia PWM, arrr? Puedo entender que eso reduce las pérdidas de conmutación, pero ¿no reducirá a la mitad la potencia disponible de una manera desagradable, arrr, idiota? (Corregido por falta de jerga adecuada, ¡arrrr!)
Se controlan así, sus beneficios se ven más fácilmente en un inversor trifásico. Me encontré con ese desafío loco, la única forma que vi de lograr esa eficiencia fue con un convertidor resonante u otros esquemas ZCS.
@JonRB: ¿tienes un enlace tal vez?
Yo sí, más o menos. Tal esquema se usó en un inversor en el que trabajé hace años, escribimos un documento ( ieeexplore.ieee.org/xpl/… ) Si pudiera proporcionar un enlace directo, lo haría. NOTA: la calidad del seno no es tan buena como podría obtener
@JonRB Realmente no pude llegar al quid de la cuestión porque no soy miembro y tengo poco dinero LOL
@gbulmer - quítame el parche en el ojo corazón
déjame ver si puedo encontrar mi copia; habría sido más limpio si se hubiera utilizado un enlace de acceso público.
Tengo un libro de texto con una sección sobre el tema si está interesado en obtener una respuesta, pero no tengo exactamente una encuesta sobre "cómo se hace en la industria".
@W5VO Supongo que estoy buscando para ver si el método propuesto en mi pregunta es algo original y útil. No me preocupan las patentes, ¡no por el dinero! Si lo fuera, no estaría publicando.
Bien, leí sin mi parche en el ojo, mirando tu explicación, gracias. Veo la idea. Hay muchas menos transiciones de cambio en Q3/Q4, por lo que hay menos pérdidas. Este artículo Estimación de pérdidas de conmutación de MOSFET... , aunque no es la aplicación que está describiendo, hace un análisis de muchos/todos los componentes de las pérdidas de MOSFET que es bastante interesante (no soy un experto en energía). Supongo que sabe todo eso, pero podría ser una lista de verificación útil.
Nunca he visto ninguna de las convenciones que mencionaste. Lo que he visto es que el par del lado alto o el par del lado bajo se usa para determinar la polaridad y el otro correspondiente es PWM. Solo 1x pérdida de conmutación de esa manera. Eso es para motores de CC con escobillas, pero no veo por qué un inversor no puede hacerlo también. Es posible que deba ser algo más inteligente que un controlador de motor en la forma en que monitorea y controla el circuito, pero debería ser posible obtener una sinusoide decente después de un filtrado LC pasivo.
@andy, también conocido como un documento de IEEE para una conferencia pública, tengo un colega para d / l. docs.google.com/file/d/… notará que optamos por el control de histéresis, pero eso fue por otras razones. Verá la explicación del vector espacial del esquema de conmutación reducido
@AaronD - eso suena genial
Mi comentario no se lee bien. Quise decir que el artículo Estimación de las pérdidas de conmutación de MOSFET... podría ser una referencia útil sobre las pérdidas de conmutación para las personas que leen su pregunta . Hay algo más en ellos de lo que había entendido. Por supuesto, es posible que tenga una mejor referencia y que desaparezca demasiado pronto.

Respuestas (1)

Se puede hacer? Sí

¿Se ha hecho? Sí

¿Funcionará como se esperaba? la mitad de las pérdidas de conmutación? Sí, y si se tuvo cuidado con la velocidad de negociación de la selección del dispositivo de la pierna derecha para las pérdidas de conducción, entonces podría mejorar aún más las pérdidas de powerCore.

Modelo rápido con un filtro de salida REALMENTE mal optimizado y no realmente sintonizado, solo para probar un punto y una frecuencia de conmutación de 100 kHz (10 kHz parecían proporcionar una salida razonable pero se requeriría una FFT y cargas variables: L, C, rect, etc.)

Dicho esquema tiene dificultades en el cruce por cero, por lo que el efecto sobre THd tendría que evaluarse y determinarse si es una limitación aceptada.

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