A new ZCZVT commutation cell for PWM DC-AC converters

Abstract

This paper proposes a new auxiliary commutation cell for PWM inverters that allows the main switches to be turned on and off at zero voltage and zero current. The main switches zero current turn-on reduces the undesired effects of parasitic inductances related to the circuit layout. The main diodes reverse recovery losses are minimized since di/dt and dv/dt are controlled. The ZCZVT commutation cell is located out of the main power path of the converters and is activated only during switching transitions. Additionally, the auxiliary switches are turned on and off at ZCS and use the same ground signals of the upper main switches. The commutation losses are practically reduced to zero. Soft switching operation is guaranteed for full load range without changes in command strategy. The operation of the ZCZVT PWM full-bridge DC-AC Converter is analyzed and an auxiliary commutation cell design procedure based on the analysis is proposed. Experimental results are presented to demonstrate the feasibility of the proposed commutation cell. RESUMOEste artigo propõe um novo circuito auxiliar para inversores PWM que permite que a entrada em condução e o bloqueio das chaves principais ocorram com corrente e tensão nulas. A entrada em condução das chaves principais com corrente nula reduz os efeitos indesejados referentesàs indutâncias intrínsecas do circuito. Uma vez que o circuito auxiliar controla o di/dt e o dv/dt, as perdas de recuperação reversa dos diodos principais são minimizadas. A célula de comutação ZCZVT, ativada somente durante as comutações,é localizada fora do caminho principal do fluxo de potência. Adicionalmente, as chaves auxiliares comutam em ZCS e usam o mesmo sinal de terra das chaves principais superiores. Devidò a ação do circuito auxiliar, as perdas de comutação são praticamente eliminadas. A operação com comutações suavesé garantida para toda a faixa de carga sem mudanças na estratégia de comando. A operação de um inversor ponte-completa ZCZVT PWMé analizada e, baseado nesta análise,é proposto um procedimento de projeto do circuito auxiliar. Para demonstrar a viabilidade do circuito de comutação proposto, são apresenta- dos resultados experimentais obtidos em um protótipo. PALAVRAS-CHAVE:Inversor, comutação suave, ZCZVT.

MTBF analysis in OEM Company: Applications to ZCZVT PWM soft-transition inverters

“…ZCZVT inverter allows main switches commutations to happen simultaneously with zero voltage and zero current, at both turn-on and turn-off, with slowed di/dt and dv/dt. [2]. ZCZVT commutation cell is suitable for both majority and minority carriers semiconductor device applications such as MOSFET's, IGBT's, MCT!s, Thyristors,etc.…”

“…For I o , two cases are valid; I o > 0 and I o < 0. For a single switching period, conduction is between D 2 -D 3 and S 1 -S 4[2]. (L R1 , L R2 : Shared (common) air intermittent enductances (not free enductances) ) Proposed Full Bridge ZCZVT Inverter di D / dt rate of compatible: 80 A / µs…”