היא עושה זאת על ידי השלמת גשר תלת פאזי קונבנציונאלי, אם כי גשר סיליקון קרביד במקרה זה, עם שלושה מעגלי תהודה עזר, אחד לכל שלב, שמסיט בקצרה את הזרם מטרנזיסטורי הגשר הראשי רגע לפני שהם עוברים.
כדי להסביר את 18 המוספטים: כל אחד MOSFET בגשר התלת פאזי נמצא למעשה שלישייה מקבילה, וששת הסיליקון העזר IGBTs הם למעשה זוגות מקבילים בתכנון של 200kW, שהופעל ב-100kW עבור הדגמת היעילות. יש להתאים את גודלי המוספטים של הגשר להפסדי הולכה, לא לאובדי מיתוג, וה-IGBT העזרי של סיליקון קטנים בהרבה ממתגי הגשר מכיוון שהם צריכים להתמודד רק עם הפסדי מיתוג משלהם בתוספת הולכה קצרה של זרם מלא. דיודות D1 ו-D2 ב- תרשים עליון יש להוסיף עבור ARCP. הם סיליקון קרביד, וקטנים מכיוון שהם צריכים להתנהל רק במשך 1μs למחזור. החברה טוענת כי מהפך דומה עם מתג קשיח יזדקק למות 36x 35mΩ, ויוכל לפעול רק ב-10kHz - עם פעולת 10kHz, בהשוואה ל-100kHz, זקוק לקישור DC גדול פי 10 קבל.
על פי Pre-Switch, ARCP הומצא בשנות השמונים על ידי ג'נרל אלקטריק, אך לא ניתן היה למצוא דרך אמינה למניעת זמן במעגל העזר במדויק: "ראשית, למערכת יש גישה מוגבלת לפרמטרים, בסביבה רועשת, ו לכן חייבת לפעול בדרגות אי וודאות. שנית, מכיוון שהתנהגות תגובתית לעולם לא יכולה להיות 'בזמן', על המערכת לפעול מראש - האותות חייבים לצאת ללא גירוי מוגדר היטב כדי לציין מתי לפעול. "
מה שאפשר שליטה ב- Pre-Switch היה מעבר לבינה מלאכותית. "הפיכת ZVS [מיתוג מתח אפס] למציאות מצריכה מערכת שהיא סטטיסטית בהתאמה ומנבאת באופיה, יישום אידיאלי עבור AI", על פי החברה.
"מנוע ה- AI של טרום-החלף משתמש בנתונים מדויקים הנקראים מסביבה רועשת, לומד, מתאר ומתכנן את מחזור המיתוג הבא של הטרנזיסטור", אמר מנכ"ל טרום-סוויץ 'ברוס רנוארד לאלקטרוניק וויקלי. "יש פלט דטרמיניסטי כללי, אך ה- AI צריך לשלוח את אות כונן השער לפני שיידע, בוודאות, מה התזמון המדויק הדרוש למיתוג רך מושלם. כל התוצאות מוחזרות לאלגוריתם שלנו כדי לחזות את התזמון הבא הדרוש בהתחשב בכניסות או בעומסי הפלט המשתנים - זה כולל שינויים בטמפרטורה, השפלה במכשיר, מתח כניסה, דרישות PWM, עומס פלט ותנאי שגיאה. "
הטכניקות ישימות גם לגשרים חשמליים המיוצרים עם IGBT מסורתי.
"Pre-Switch מבטל 99% או 99.999% מהפסדי המיתוג של SiC", אמר רנוארד. "אותו הדבר טֶכנוֹלוֹגִיָה עם אלגוריתם אחר יכול לחסל 70-80% מהפסדי מיתוג IGBT. הסיבה לכך ש-IGBTs הם לא 99% היא כי יש להם זרם כיבוי ארוך שכיום לא ניתן להפחית אותו על ידי מיתוג רך. מעניין לציין כי היינו מעדיפים שיצרני IGBT יפעלו לאט ויכבו מהר כדי לעזור לפתור את הבעיה הזו."
האלגוריתם משפיע גם על מתגי העזר.
"ניתן להתאים את ה- IGBT [העזר] כך שיתאים לרוב טווחי ההספק שבין 50kW ל -400 ק"ג. עשינו תכנון של 500 קילוואט שהשתמש בשני IGBT במקביל למתגי התהודה - ארבעה בסך הכל לכל שלב - אך סביר להניח שנוכל לחזור בין השניים בכל שלב עם ה- AI החדש ביותר שלנו ", אמר.
מדוע לא להדהד את הגשר הראשי במקום להוסיף מעגל עזר?
כיום איננו מודעים לאף טופולוגיה מיתוגית רכה שאפשר להשתמש בה לבניית מהפך DC ל- AC. השוק מוחלף קשה לכל דבר הזקוק לשליטה במנוע. ישנם כמה שווקים, כמו ממיר סולארי ליישומים תעשייתיים, המשתמשים בממירים תלת-מפלסיים כדי לנסות לשפר את איכות תפוקת גל הסינוס. הממירים הרב-מפלסיים האלה מורכבים מאוד - יש להם 4-16x יותר מתגים ומנהלי שער עצמאיים, וקשה לשלוט עליהם - אבל הם כן עובדים. הפתרון של Pre-Switch מייצר יעילות גבוהה יותר מאשר מהפך בעל חמש רמות, וניתן להשתמש בו לכל יישום. על ידי הוספת שישה IGBT ודיודות נלוות, טכנולוגיית Pre-Switch מפחיתה את כמות מתגי העבודה הכוללים ביותר ממחצית, ומאפשרת למהנדס לעבור בתדירות גבוהה פי 10.
Pre-Switch טוען כי הטופולוגיה שלה מספקת "מסנן dV / dt ללא הפסד" - מה זה?
לכל המנועים החשמליים יש dV / dt מקסימלי מוגדר שעל מהפך לומר להלן בכדי להבטיח שהבידוד במנוע החשמלי לא ייפגע. המפרט הוא בדרך כלל משהו כמו מקסימום 5V / ns. הסיבה לכך היא ש dV / dt גבוה ו- di / dt גבוה תואמים פוגעים באמינות המנוע ואחראים לשתי הסיבות העיקריות שמנועים חשמליים נכשלים: dV / dt גבוה גורם לבידוד המנוע להתקלקל, ו- di / dt גבוה גורם לתקלות נשיאה באמצעות אלקטרו. תחריט כימי.
כדי לפתור בעיות אלה ניסו יצרני המנועים והמהפכים פתרונות רבים ושונים. האחת היא להשתמש בבידוד עבה יותר, אך הדבר משפיע לרעה על צפיפות סלילת המנוע המפחיתה את יעילות המנוע ופוגעת בצפיפות ההספק. השני הוא להשתמש במסבים קרמיים שעולים כסף.
בשווקים תעשייתיים בהם כונן התדרים המשתנים נמצא במרחק מהמנוע החשמלי, dV / dt הופך להיות נושא גדול עוד יותר מכיוון שהמתח יכול לקפוץ לאחור ולהגביר את עצמו ולגרום ליותר בעיות.
כדי לפתור בעיה זו ביישומים תעשייתיים, חברות מציעות מסנן dV / dt תוסף. אלה יקרים בסכום של 1,600-2,000 דולר עבור מנוע חשמלי של 100 כ"ס -200 כ"ס, ובדרך כלל עולים עוד 1-2% יעילות על פני טווח ההספק המלא.
במרחב הניידות האלקטרונית, הפיתרון הוא לשים את המנוע קרוב מאוד למהפך ולהשאיר את ה- dV / dt מתחת לסף הבידוד.
ל- Pre-Switch יש קבלים שנוספו על פני מתגי העבודה - דבר שלעולם לא היית עושה עם מהפך עם מיתוג קשיח מכיוון שיעילות המהפך תצנח - מה שמאט את עליית המתח וקצוות הזרם ויכול להפחית או לבטל את מעבר הטרנזיסטור. זהו תהליך ללא הפסד. למעשה, אנו מאיטים את מהירויות הקצה אך מגבירים את מהירות מיתוג הטרנזיסטור ואין לנו כמעט הפסדי מיתוג. זהו חפץ של מיתוג מקדים - ארכיטקטורת מיתוג רכה dc-dc ו- LLC אינה פותרת את הבעיות dV / dt או di / dt.
מנכ"ל Pre-Switch, ברוס רנוארד, מסביר את רכיבי הכוח הנוספים הנדרשים עבור ARCP, שהחברה מוכרת כחומרה מודול RPG מדובב:
- שני מתגי IGBT ושתי דיודות SiC בכל שלב.
"אלה הם בעלות נמוכה מכיוון שהם מדורגים בדופק, והם פועלים רק למשך 1μs לכל מחזור מיתוג או פחות, והם נמצאים במחצית המתח של הרגליים העובדות העיקריות", אמר רנוארד. - קבלים מהדהדים
"אלה ממוקמים על פני הרגליים העובדות ומגוונים על ידי מטרות העיצוב כדי להאט את הדי / dt ו- dV / dt. הם משמשים גם להחזק את מתח הנדנדה על פני הרגליים העובדות לאפס וולט בכל מחזור מיתוג בתקופת הנדנדה של 1μs. " - המהדהד משרן (אחד לשלב)
"אלה מספקים את זרם העומס וקצת יותר זרם הנדרש להנפת המתח בקבלים כך שלא יהיה מתח על פני הרגליים העובדות. זה פועל רק עבור 1μs או פחות. " - מנהלי השערים לשניהם IGBT המפורטים לעיל והדרייברים עבור FETs הפועלים.