இன்றைய உயர் அதிர்வெண் PWM தொழில்நுட்பத்துடன் இன்னர்டர் செயல்திறனை மேம்படுத்துதல்

தொழில் செயல்முறைகளில் துல்லியமான கட்டுப்பாட்டு தேவை தொடர்ந்து உயர்த்திக்கொண்டிருக்கும்போது, வழக்கமான பல்ஸ்-வீட்த் மாடுலேஷன் (PWM) தொழில்நுட்பம் உயர் அதிபரவோட்ட செயல்பாடு மற்றும் குறைந்த ஹார்மோனிக் திரிப்பு தேவைகளை நிறைவு செய்ய முடியாது. இதற்கு எதிராக, உயர் அதிபரவோட்ட PWM தொழில்நுட்பம் கொள்வோட்ட அதிபரவோட்டத்தை உயர்த்தி வெளியேற்ற வடிவவியல் தர்ம அளவை அதிகரிக்கும், அதிகாரிகளின் ஹார்மோனிக்களை குறைப்பதன் மூலம் இன்வேர்டர்களின் செயல்திறனை வலுவிக்கிறது. இதனால், உயர் அதிபரவோட்ட PWM தொழில்நுட்பத்தை பயன்படுத்தும்போது அம்ச செயல்திறன் மற்றும் நம்பிக்கையை இருந்து சமநிலையில் வைக்கும் போது இன்வேர்டர் தொழில்நுட்ப வளர்ச்சியின் ஒரு முக்கிய பகுதியாக மாறியுள்ளது.

1. உயர் அதிபரவோட்ட PWM-ன் அடிப்படை கோட்பாடு மற்றும் தொழில்நுட்ப அம்சங்கள்

PWM தொழில்நுட்பம் இன்வேர்டர்களின் மின்கட்டுமான கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளில் மின்சாரம் மற்றும் அதிபரவோட்டத்தை நியமிக்க பயன்படுத்தப்படும் மூல தொழில்நுட்பமாகும். இது பிரதிபலிப்பு அல்லது கொள்வோட்ட அலகுகளை ஒப்பிட்டு பல்ஸ் வரிசைகளை உருவாக்குகிறது மற்றும் இந்த பல்ஸ் வரிசைகளை மின்சார அமைப்புகளின் மாற்று நிலைகளை கட்டுப்பாட்டு மூலம் துல்லியமாக கட்டுப்பாடு செய்யும். இன்வேர்டர் கட்டுப்பாட்டில், PWM-ன் ஊக்கம் $D$ பிரதிபலிப்பு அலை அளவு VrefVref மற்றும் கொள்வோட்ட அலை அளவு VtriVtri உடன் கீழ்க்கண்டவாறு தெரிவிக்கப்படுகிறது:

மாறிகளின் விகிதம் $m$ பிரதிபலிப்பு அலை அளவு மற்றும் கொள்வோட்ட அலை அளவு உடன் விகிதமாக வரையறுக்கப்படுகிறது. இது வெளியேற்ற மின்சாரத்தின் செயல்திறன் மற்றும் ஹார்மோனிக் அம்சங்களை நேரடியாக தாக்குகிறது. இந்த விகிதத்தின் வெளிப்படை வடிவம்:

கொள்வோட்ட அதிபரவோட்டம் fcfc PWM அலகை உருவாக்கும் முக்கோண அலையின் அதிபரவோட்டத்தைக் குறிக்கிறது. இதன் மதிப்பு அம்ச செயல்திறன் மற்றும் வெளியேற்ற ஹார்மோனிக்களின் விநியோகத்தை நேரடியாக தாக்குகிறது. அதிபரவோட்ட விகிதம் $N$ கொள்வோட்ட அதிபரவோட்டத்திற்கும் பிரதிபலிப்பு அலை அதிபரவோட்டத்திற்கும் இடையே உள்ள விகிதமாக வரையறுக்கப்படுகிறது, இதன் வெளிப்படை வடிவம்:

இங்கு f1 பிரதிபலிப்பு அலை அதிபரவோட்டம். உயர் அதிபரவோட்ட PWM தொழில்நுட்பம் பொதுவாக 10 kHz-ஐ விட அதிகமான கொள்வோட்ட அதிபரவோட்டத்தோடு உள்ள PWM கட்டுப்பாட்டு முறைகளைக் குறிக்கிறது. நவீன இன்வேர்டர்களில், மின்சார அமைப்புகளின் செயல்திறன் தொடர்ந்து மேம்படுத்தப்படும்போது, கொள்வோட்ட அதிபரவோட்டங்கள் 20 kHz அல்லது அதிகமாக உயர்ந்துள்ளன. கொள்வோட்ட அதிபரவோட்டத்தை உயர்த்துவதன் மூலம், வெளியேற்ற ஹார்மோனிக் அலகுகள் உயர் அதிபரவோட்ட அலைவோட்டங்களில் திரிப்பப்படுகின்றன, இதனால் தொடர்ந்த தள்ளுதலும் காரின் மஞ்சளின் மற்றும் விரிவான தீர்ச்சியை குறைக்கிறது.

சோதனைகள் காட்டுகின்றன என்னவென்றால் 5 kHz முதல் 20 kHz வரை கொள்வோட்ட அதிபரவோட்டத்தை உயர்த்துவதன் மூலம் காரின் மஞ்சளினை 12–15 dB குறைக்க மற்றும் வெப்ப உயர்வை 5–8 °C குறைக்க முடியும். கொள்வோட்ட அதிபரவோட்டத்தை உயர்த்தும்போது, PWM வெளியேற்ற வடிவம் தோராய சைன் அலையை அதிகமாக அணுகும், மற்றும் மொத்த ஹார்மோனிக் திரிப்பு (THD) முக்கியமாக குறைக்கப்படுகிறது. 20 kHz கொள்வோட்ட அதிபரவோட்டத்தில், இன்வேர்டர் வெளியேற்ற மின்சாரத்தின் THD 5% வரை குறைக்கப்படுகிறது, இது குறைந்த அதிபரவோட்ட PWM தொழில்நுட்பத்தின் 8%–12% விட மிகவும் சிறந்தது. மேலும், உயர் அதிபரவோட்ட PWM வேகமான அம்ச செயல்திறன் மற்றும் அதிக கட்டுப்பாட்டு துல்லியத்தின் போது பல நேரங்களில் மேல்நிலை தருகிறது.

2. உயர் அதிபரவோட்ட PWM-ன் அமைப்பு மற்றும் அதன் தீர்வுகளில் உள்ள முக்கிய சவால்கள்

2.1 உயர் மாற்று இழப்புகள் மற்றும் அவற்றை குறைக்கும் முறைகள்

உயர் அதிபரவோட்ட PWM தொழில்நுட்பத்தின் மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க சவால் மாற்று இழப்புகளின் தூரமான உயர்வு ஆகும். மின்சார அமைப்புகளின் மாற்று இழப்புகள் மாற்று அதிபரவோட்டத்துடன் நேர்த்தியாக உள்ளதால், உயர் அதிபரவோட்ட செயல்பாடு அம்ச செயல்திறனை குறைப்பதோடு வெப்ப கையாள்வு தேவைகளை அதிகரிக்கிறது. ஒரு தனியான இணைந்த கீழ்விடும் பைபோலார் டிரான்சிஸ்டர் (IGBT) மா듈ின் மாற்று இழப்பு PswPsw கீழ்க்கண்டவாறு மாதிரிப்படுத்தப்படுகிறது:

இங்கு E_on மற்றும் E_off முறையே மாற்று இழப்பு மற்றும் மாற்று இழப்பு ஆகும்; ErrErr மாற்று மீட்டு இழப்பு; VdcVdc உண்மையான DC பொதுவான மின்சாரம்; V_ref பிரதிபலிப்பு மின்சாரம்; Ic உண்மையான மின்சாரம்; மற்றும் IrefIref பிரதிபலிப்பு மின்சாரம்.

மாற்று இழப்புகளை கீழ்த்துவதற்கு, கீழ்க்கண்ட முறைகளை பயன்படுத்தலாம்:
முதலாவதாக, கார்பன் மெடால்-ஆக்சைட்-செமிகான்டக்டர் பீட்-ஏஃபெக்ட் டிரான்சிஸ்டர்கள் (SiC MOSFETs) போன்ற முன்னோடி மின்சார அமைப்புகளை பயன்படுத்துவதன் மூலம், வழக்கமான IGBT-களை விட முன்னோடியான மாற்று அம்சங்களை வழங்குவது;
இரண்டாவதாக, மாற்று கட்டுப்பாட்டு வடிவவியலின் போது கேட் எதிர்ப்பு வடிவவியலை இரு சாய்வு கட்டுப்பாட்டு தொழில்நுட்பங்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் மாற்று வேகத்தையும் மின்சார விளைவுகளையும் (EMI) சமநிலையாக்குவது;
மூன்றாவதாக, சூனிய மின்சார மாற்று (ZVS) அல்லது சூனிய மின்சார மாற்று (ZCS) வடிவவியல்கள் போன்ற மென்பொருள் மாற்று தொழில்நுட்பங்களை அமல்படுத்துவதன் மூலம் மாற்று இழப்புகளை முக்கியமாக குறைக்கும்.

2.2 மாற்று கால விளைவு மற்றும் அதன் குறைப்பு முறைகள்

உயர் அதிபரவோட்ட PWM செயல்பாட்டின் கீழ், முழுமையான மாற்று காலம் மாறாமலும், அதன் விகிதம் மாற்று காலத்துடன் உயர்ந்து வரும், இதனால் மாற்று கால விளைவு முக்கியமாக அதிகரிக்கிறது. இது வெளியேற்ற மின்ச