Ia melakukannya dengan menambah jambatan tiga fasa konvensional, walaupun jambatan silikon karbida dalam kes ini, dengan tiga litar resonan tambahan, satu per fasa, yang mengalihkan arus dari transistor jambatan utama sebentar sebelum mereka bergerak.
Untuk menerangkan 18 mosfet: masing-masing mosfet dalam jambatan tiga fasa sebenarnya adalah triplet selari, dan enam silikon tambahan IGBTs sebenarnya adalah pasangan selari dalam reka bentuk 200kW, yang dijalankan pada 100kW untuk demo kecekapan. Mosfet jambatan hanya perlu bersaiz untuk kehilangan pengaliran, bukan kehilangan pensuisan, dan IGBT silikon tambahan adalah jauh lebih kecil daripada suis jambatan kerana mereka hanya perlu menangani kerugian pensuisan mereka sendiri serta pengaliran arus penuh ringkas. Diod D1 dan D2 dalam gambarajah atas perlu ditambah untuk ARCP. Ia adalah silikon karbida, dan kecil kerana ia hanya perlu dijalankan selama 1μs setiap kitaran. Syarikat itu mendakwa bahawa penyongsang suis keras yang serupa memerlukan 36x 35mΩ die, dan hanya boleh berjalan pada 10kHz – dengan operasi 10kHz, berbanding dengan 100kHz, memerlukan pautan dc 10x lebih besar kapasitor.
Menurut Pra-Switch, ARCP diciptakan pada tahun 1980-an oleh General Electric, tetapi tidak ada cara yang dapat dipercaya untuk menjumpai waktu litar tambahan dengan tepat: "Pertama, sistem memiliki akses terhad ke parameter, dalam lingkungan yang bising, dan oleh itu mesti beroperasi dengan tahap ketidakpastian. Kedua, kerana tingkah laku reaktif tidak boleh 'tepat pada waktunya', sistem mesti bertindak-isyarat - isyarat mesti dilancarkan tanpa rangsangan yang ditentukan untuk menunjukkan kapan harus bertindak. "
Apa yang memungkinkan kawalan untuk Pra-Beralih adalah peralihan ke kecerdasan buatan. "Menjadikan ZVS [pertukaran voltan sifar] menjadi kenyataan memerlukan sistem yang bersifat statistik dalam penyesuaian dan ramalan, aplikasi yang ideal untuk AI", menurut syarikat itu.
"Mesin Pre-Switch AI menggunakan data tepat yang dibaca dari persekitaran yang bising, belajar, bercerita dan merancang untuk kitaran peralihan transistor seterusnya," kata CEO Pre-Switch Bruce Renouard kepada Electronics Weekly. "Ada output deterministik umum, tetapi AI harus mengirim isyarat pemacu gerbang sebelum mengetahui, pasti, apakah waktu yang tepat yang diperlukan untuk pertukaran lembut yang sempurna. Semua hasil dimasukkan kembali ke dalam algoritma kami untuk meramalkan masa seterusnya yang diperlukan memandangkan perubahan input atau output output - ini termasuk perubahan suhu, penurunan peranti, voltan input, tuntutan PWM, beban output dan keadaan ralat. "
Teknik ini juga berlaku untuk jambatan kuasa yang dibuat dengan IGBT tradisional.
"Pra-Switch menghapuskan 99% atau 99.999% kerugian penukaran SiC," kata Renouard. "Sama teknologi dengan algoritma yang berbeza boleh menghapuskan 70-80% kehilangan penukaran IGBT. Sebab IGBT bukan 99% adalah kerana ia mempunyai arus ekor mati yang panjang yang hari ini tidak dapat dikurangkan dengan pensuisan lembut. Menariknya, kami lebih suka pengeluar IGBT menghidupkan secara perlahan dan mematikan dengan pantas untuk membantu menyelesaikan masalah ini.”
Algoritma juga mempengaruhi suis tambahan.
"IGBT [tambahan] dapat berukuran untuk menampung kebanyakan daya berkisar antara 50kW hingga 400kW. Kami membuat reka bentuk 500kW yang menggunakan dua IGBT secara selari untuk suis resonan - empat total per fasa - tetapi kami juga mungkin dapat mengembalikan kedua per fasa dengan AI terbaru kami, "katanya.
Mengapa tidak menggegarkan jambatan utama dan bukannya menambah litar tambahan?
Hari ini kita tidak mengetahui adanya topologi pertukaran lembut yang boleh digunakan untuk membina penyongsang DC ke AC. Semua pasaran sukar ditukar untuk apa sahaja yang memerlukan kawalan motor. Terdapat beberapa pasaran, seperti penyongsang solar untuk aplikasi industri, yang menggunakan penukar tiga tingkat untuk berusaha meningkatkan kualiti output gelombang sinus. Penyongsang pelbagai peringkat ini sangat kompleks - mereka mempunyai suis 4-16x lebih banyak dan pemacu gerbang bebas, dan sukar dikawal - tetapi mereka berfungsi. Penyelesaian Pra-Suis menghasilkan kecekapan yang lebih tinggi daripada penyongsang lima tingkat, dan dapat digunakan untuk aplikasi apa pun. Dengan menambahkan enam IGBT dan dioda yang berkaitan, teknologi Pra-Switch mengurangkan jumlah keseluruhan suis kerja lebih daripada separuh, dan membolehkan jurutera beralih pada frekuensi 10x atau lebih.
Pra-Switch mendakwa topologinya menyediakan "filter dV / dt lossless" - apa itu?
Semua motor elektrik mempunyai dV / dt maksimum yang ditentukan yang mesti dinyatakan oleh penyongsang di bawah ini untuk memastikan bahawa penebat pada motor elektrik tidak rosak. Spesifikasi biasanya seperti maksimum 5V / ns. Ini kerana dV / dt tinggi dan di / dt tinggi yang sepadan merosakkan kebolehpercayaan motor dan bertanggungjawab atas dua sebab motor elektrik gagal: DV / dt tinggi menyebabkan penebat motor rosak, dan di / dt tinggi menyebabkan kegagalan galas melalui elektro -ketatan kimia.
Untuk menyelesaikan masalah ini, pengeluar motor dan penyongsang telah mencuba pelbagai penyelesaian yang berbeza. Salah satunya ialah menggunakan penebat yang lebih tebal, tetapi ini memberi kesan buruk kepada kepadatan penggulungan motor yang mengurangkan kecekapan motor dan merugikan kepadatan kuasa. Yang lain adalah dengan menggunakan galas seramik yang memerlukan wang.
Di pasaran perindustrian di mana pemacu frekuensi berubah berada pada jarak dari motor elektrik, dV / dt menjadi masalah yang lebih besar kerana voltan dapat melambung kembali dan menguatkan dirinya sehingga menyebabkan lebih banyak masalah.
Untuk menyelesaikan masalah ini untuk aplikasi industri, syarikat menawarkan penapis dV / dt tambahan. Ini berharga ~ $ 1,600 - 2,000 untuk motor elektrik 100kW-200kW, dan biasanya memerlukan kecekapan 1-2% lagi untuk julat kuasa penuh.
Di ruang e-mobiliti, penyelesaiannya adalah dengan meletakkan motor sangat dekat dengan penyongsang dan menjaga dV / dt di bawah ambang penebat.
Pra-Suis mempunyai kapasitor yang ditambahkan di semua suis kerja - sesuatu yang tidak akan anda lakukan dengan penyongsang yang ditukar dengan keras kerana kecekapan penyongsang akan merosot - yang memperlambat kenaikan voltan dan tepi semasa dan dapat mengurangkan atau menghilangkan overhoot transistor. Ini adalah proses tanpa kerugian. Pada hakikatnya, kita melambatkan kelajuan pinggir ke bawah tetapi meningkatkan kelajuan beralih transistor dan hampir tidak mengalami kerugian beralih. Ini adalah artifak pra-pensuisan - seni bina pertukaran lembut dc-dc dan LLC yang lain tidak menyelesaikan masalah dV / dt atau di / dt.
Ketua Pegawai Eksekutif Pra-Switch Bruce Renouard menerangkan komponen kuasa tambahan yang diperlukan untuk ARCP, yang dijual oleh syarikat sebagai perkakasan modul RPG digelar:
- Dua suis IGBT dan dua diod SiC setiap fasa.
"Ini adalah kos rendah kerana diberi nilai nadi, hanya beroperasi untuk maksimum 1μs per kitaran beralih atau kurang, dan berada pada separuh voltan fets kerja utama," kata Renouard. - Kapasitor resonan
"Ini ditempatkan di seluruh tempat kerja dan diubah berdasarkan tujuan reka bentuk untuk memperlambat di / dt dan dV / dt. Mereka juga digunakan untuk menahan voltan ayunan pada fets kerja hingga voltan sifar setiap pusingan pensuisan selama tempoh ayunan 1μs. " - Yang bergema Peraruh (satu per fasa)
"Ini memberikan arus beban dan sedikit lebih banyak arus yang diperlukan untuk mengayunkan voltan di kapasitor sehingga tidak ada voltan di fets yang berfungsi. Ini hanya beroperasi untuk 1μs atau kurang. " - Pemandu pintu untuk kedua-dua IGBT disenaraikan di atas dan pemacu untuk FET yang berfungsi.