Właściwości i badania laboratoryjne wysokoczęstotliwościowego falownika klasy EF z ćwierćfalową linią długą

• Autorzy: Legutko Piotr , Kaczmarczyk Zbigniew

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2020.07.20

Warianty tytułu

EN

Properties and laboratory tests of high-frequency Class EF inverter with quarter-wave transmission line

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono podstawowe właściwości i badania laboratoryjne wysokoczęstotliwościowego falownika klasy EF (20 MHz, 400 W, 91,2%) z ćwierćfalową linią długą dołączoną po stronie zasilania. Falownik ten zawiera jeden tranzystor, przebieg napięcie tranzystora zbliżony jest do prostokątnego oraz występuje przełączanie miękkie tranzystora typowe dla klasy E. Zastosowany tranzystor MOSFET serii DE sterowany jest za pomocą dedykowanego, niskostratnego sterownika bramkowego własnej konstrukcji. Wyjaśniono metodę optymalizacji parametrów falownika klasy EF ze względu na sprawność, którą zrealizowano z wykorzystaniem oprogramowania ANSYS Simplorer i wbudowanego algorytmu genetycznego. Koncepcja falownika klasy EF została pozytywnie zweryfikowana laboratoryjnie. Zarejestrowano przykładowe przebiegi czasowe napięć tranzystora oraz wyznaczono wybrane parametry falownika.

EN

Some basic properties and laboratory tests of high-frequency Class EF inverter (20 MHz, 400 W, 91.2%) with quarter-wave transmission line on the supply side are presented in the article. The inverter contains one transistor, the transistor voltage waveform is close to a rectangular one and the soft-switching of the transistor is realized as typically in Class E. The applied DE-series MOSFET transistor was controlled by a dedicated, low-loss driver of its own design. The optimization method of the Class EF inverter parameters to maximize efficiency was explained. It was implemented using ANSYS Simplorer software and a built-in genetic algorithm. The concept of the Class EF inverter was positively verified in the laboratory. Examples of transistor voltage waveforms were recorded and selected inverter parameters were determined.

Słowa kluczowe

PL

falownik rezonansowy; falownik klasy EF; niskostratny sterownik bramkowy; algorytm genetyczny

EN

resonant inverter; class EF inverter; high-frequency; soft-switching; low-losses gate driver; genetic algorithm

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 96, nr 7
• Strony: 107--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Legutko Piotr

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. B. Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

autor

Kaczmarczyk Zbigniew

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. B. Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Citko T., Tunia H., Winiarski B., Układy rezonansowe w energoelektronice. Wydawnictwo Politechniki Białostockiej. Tom 1. 2001 r.
• [2] Grebennikov A., High-Efficiency Class-FE Tuned Power Amplifiers, IEEE Trans.Circuits Syst. I, Reg. Papers, 55 (2008), no. 10, 3284-3292
• [3] Kee S.: The Class EF Family of Harmonic – Tuned Switching Power Amplifiers. Ph. D. Thesis, California Institute of Technology, Pasadena 2001.
• [4] Kee S., Aoki I., Hajimiri A., Rutledge D.: The Class EF Family of ZVS Switching. IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques, vol. 51, No. 6, June 2003. pp. 1677 – 1690.
• [5] Iwadare M., Mori S.: Even Harmonic Resonant Class E Tuned Power Amplifier without RF Choke. Japan January 1995, 79– 85
• [6] Kaczmarczyk Z., Wysokoczęstotliwościowy falownik klasy EF, Przegląd Elektrotechniczny, 88 (2012), nr 4b, 110-115
• [7] Sokal N. O., Redl R., Power Transistor Output Port Model for Analyzing a Switching-Mode RF Power Amplifier or Resonant Converter, RF Design, June 1987, 45-53
• [8] Kaczmarczyk Z., Poprawa właściwości energetycznych falowników klasy E przez maksymalizację wykorzystania tranzystora, Rozprawa habilitacyjna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2007
• [9] Dokumentacja techniczna kabla koncentrycznego CNT400 dostępna pod adresem: www.dipol.com.pl (03.12.2019)
• [10] Balogh L., Design and Application Guide For High Speed MOSFET Gate Driver Circuit, International Rectifier, Dokumentacja techniczna
• [11] Dokumentacja techniczna układu scalonego UCC27526 dostępna pod adresem: www.ti.com (03.12.2019)
• [12] Legutko P. Analiza wysokoczęstotliwościowych drajwerów tranzystorów MOSFET mocy stosowanych w falownikach rezonansowych. Praca doktorska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, Politechnika Śląska, Gliwice 2017.
• [13] Dokumentacja techniczna technologii Thermal Clad dostępna pod adresem: https://www.henkel-adhesives.com (03.12.2019)
• [14] Jurczak W.: Analiza właściwości falownika klasy E przy maksymalnych częstotliwościach przełączania tranzystorów mocy MOSFET. Praca doktorska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, Politechnika Śląska, Gliwice 2010.
• [15] Dokumentacja techniczna tranzystora DE275-501N16A dostępna pod adresem: http://www.ixys.com (03.12.2019)
• [16] Chua L. O., Lin P. M., Komputerowa analiza układów elektronicznych (Algorytmy i metody obliczeniowe), WNT, Warszawa 1981
• [17] Legutko P., Dobór i optymalizacja parametrów falownika klasy E/F2, Przegląd Elektrotechniczny, 89 (2013), nr 12, 129-132
• [18] Buła D., Pasko M.: Zastosowanie algorytmów genetycznych do syntezy kompensatorów RLC w układach z przebiegami okresowymi odkształconymi. Śląskie Wiadomości Elektryczne, nr. 2/2005, s. 13 – 16.
• [19] Dokumentacja techniczna cyfrowego watomierza BIRD 4421 wraz z głowicami pomiarowymi 4024 dostępna pod adresem: www.bird-technologies.com (03.12.2019)

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).