2 PRINCIPIILE FUNDAMENTALE ALE COMUTATIEI SOFT 2.1 Comuta ția hard și comuta ția soft Analiza convertoarelor electrice este mult simplifi cat ă dac ă… [626554]

2 PRINCIPIILE FUNDAMENTALE ALE COMUTATIEI SOFT

2.1 Comuta ția hard și comuta ția soft

Analiza convertoarelor electrice este mult simplifi cat ă dac ă comutatoarele din structura
circuitelor de putere se consider ă a fi ideale. În practic ă aceste comutatoare sunt realizate cu
dispozitive semiconductoare de putere caracterizate prin c ădere de tensiune diferit ă de zero în
conduc ție și prin timpi de comuta ție de valori finite. Majoritatea convertoarelor ele ctrice
realizate în prezent utilizeaz ă elemente semiconductoare de putere comandate în ba z ă (poart ă)
cum sunt: tranzistoarele bipolare BJT (Bipolar Junc tion Transistor), tranzistoarele MOSFET,
IGBT sau GTO. Aceste comutatoare neideale produc pi erderi de putere în conduc ție și în
comuta ție. Comutarea în conduc ție și în blocare a dispozitivelor semiconductoare de pu tere se
face în intervale de timp cuprinse între câteva zec i de ns pân ă la câteva µs. În timpul
comuta ției puterea instantanee pierdut ă poate atinge valori importante. Chiar dac ă timpii de
comuta ție sunt redu și, puterea medie pierdut ă poate fi semificativ ă. Dispozitivele
semiconductoare de putere func ționeaz ă pe principiul controlului purt ătorilor de sarcin ă
electric ă. Pentru a comuta un dispozitiv semiconductor în co nduc ție sau în blocare trebuie
acumulat ă, sau respectiv extras ă, o anumit ă cantitate de sarcin ă electric ă. Aceste procese
influen țeaz ă atât timpii de comuta ție cât și pierderile putere în comuta ție. Deasemenea, o
anumit ă cantitate de energie este stocat ă și în elementele parazite ale dispozitivului
semiconductor cum ar fi capacit ățile de ie șire și inductan țele parazite ale conexiunilor. În cele
mai multe convertoare electrice aceste energii stoc ate se pierd în decursul procesului de
comuta ție. Obiectivul principal al proiectantului de conve rtoare electrice este cre șterea
randamentului de conversie prin reducerea acestor p ierderi. În afara randamentului trebuiesc
lua ți în considerare și al ți factori, între care mai importan ți sunt: costul echipamentului,
dinamica regl ării, caracteristicile spectrale, riplul sau distor siunile curentului de ie șire,
zgomotul acustic, radia țiile parazite (RFI ) și interferen țele electromagnetice (EMI).
Frecven țele de comuta ție cât mai ridicate joac ă un rol esen țial în optimizarea acestor
parametrii.
În multe aplica ții, de avantajele electronicii de putere nu se poat e beneficia din cauza
costului ridicat al convertoarelor. În general, cos tul unui comutator de putere împreun ă cu
anexele sale este de aproximativ trei ori mai mare dacât costul dispozitivului semiconductor de
putere inclus și din acest motiv, orice reducere în costul compone ntelor auxiliare cum ar fi
circuitele de comand ă, circuitele de degrevare pentru pierderile de pute re în comuta ție sau
elementele de r ăcire, este binevenit ă.
În majoritatea convertoarelor, comuta ția cu frecven țe situate în banda audio produce
zgomote nedorite. Cre șterea frecven ței de comuta ție peste 18 kHz elimin ă și acest neajuns.
Interferen țele electromagnetice și radia țiile parazite cresc propor țional cu puterea și
viteza de comuta ție. Normativele privind compatibilitatea electromag netic ă (EMC) sunt foarte
stricte pentru convertoarele electrice care func ționeaz ă la frecven țe de comuta ție peste 10 kHz.
Cre șterea frecven ței de comuta ție are un rol major în minimizarea armonicelor de o rdin
inferior, îmbun ătățirea r ăspunsului tranzitoriu, cre șterea densit ății de putere, reducerea
costului și a dimensiunilor componentelor pasive de filtraj.
Pierderile de putere pe dispozitivele semiconducto are de putere în regim de comu țatie,
care cresc propor țional cu frecven ța de comutatie, limiteaz ă cre șterea acestei frecven țe. La
puteri de ordinul zecilor de KW, frecven ța de comuta ție maxim ă, chiar în condi țiile utiliz ării
tranzistoarelor IGBT de ultim ă genera ție, nu dep ăș ește 10 KHz.
Tabelul 2.1. prezint ă valorile tipice ale frecven țelor de comuta ție relizabile în practic ă
cu diferite dispozitive semiconductoare.