Güç kaynaklarının değiştirilmesinde yumuşak anahtarlama uygulamaları
Günümüzde anahtarlamalı güç kaynağı, günümüz elektronik bilgi endüstrisinin hızlı gelişimi için vazgeçilmez bir güç kaynağı yöntemi olan küçük boyutlu, hafif ve yüksek verimli özelliklere sahip hemen hemen tüm elektronik ekipmanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Günümüz elektronik bilgi sektörünün hızlı gelişimi için vazgeçilmez bir güç kaynağıdır.
Anahtarlamalı güç kaynaklarında sert anahtarlama ve yumuşak anahtarlama, transistörlerin anahtarlanması içindir. Sert anahtarlama, anahtarlama transistörü üzerindeki voltaj veya akımdan bağımsız olarak anahtarlama transistörünü zorla açmak veya kapatmaktır. Anahtarlama borusunun (drenaj ile kaynak arasında veya toplayıcı ile verici arasında) voltajı ve akımı büyük olduğunda, anahtarlama tüpü durumu değişimi (iletimden kesmeye veya kesmeden iletime) arasındaki geçiş nedeniyle anahtarlama tüpünün değiştirilmesi bir zaman alır. Belirli bir süre boyunca anahtarlama tüpü durumunun değişmesine neden olacak, oradaki gerilim ve akımın bölge üzerinden çaprazlanması, anahtarlama ile anahtarlama tüpü kaybının (anahtarlama tüpü anahtarlama kaybı) neden olduğu çapraz geçiş frekans, anahtarlama tüpü anahtarlama kaybı. Anahtarlama kaybı (anahtarlama tüpünün anahtarlama kaybı), anahtarlama frekansının artmasıyla birlikte hızla artar.
Endüktif yükler durumunda, anahtarlama transistörü kapatıldığında bir ani voltaj indüklenir. Anahtarlama frekansı ne kadar yüksek olursa, kapanma o kadar hızlı ve indüklenen voltaj da o kadar yüksek olur. Bu voltaj anahtarlama cihazının her iki ucuna da eklenir ve bu da cihazın kolayca bozulmasına neden olabilir.
Kapasitif yükler durumunda, transistörün iletiminin anahtarlandığı andaki ani akım yüksektir. Bu nedenle, anahtarlama transistörü çok yüksek bir voltajda açıldığında, anahtarlama transistörünün bağlantı kapasitansında depolanan enerjinin tamamı, cihazda akım şeklinde dağılacaktır. Frekans ne kadar yüksek olursa, açma akımı artışı da o kadar büyük olur ve bu da anahtarlama tüpünde aşırı ısınma hasarına neden olabilir.
Ek olarak, sekonder yüksek frekanslı doğrultucu devresindeki diyot, iletimden kesmeye kadar ters bir iyileşme periyoduna sahiptir, anahtarlama transistörü açık periyotta büyük bir ani akım üretmek kolaydır. Açıkçası, frekans ne kadar yüksek olursa, anahtarlama transistörünün güvenli çalışmasına zararlı olan ani akım da o kadar büyük olur.
Son olarak, sert anahtarlama için kullanılan anahtarlamalı güç kaynağında, anahtarlama transistörü ciddi elektromanyetik rahatsızlık yaratır. Frekans arttıkça ve devredeki di/dt ve du/dt arttıkça üretilen elektromanyetik rahatsızlık da artar. Frekans arttıkça ve devredeki di/dt ve du/dt arttıkça üretilen EMI da artar, bu da anahtarlamalı güç kaynağının kendisinin ve çevredeki elektronik ekipmanın normal çalışmasını etkiler.
Yukarıdaki sorunlar, anahtarlama cihazlarının (anahtarlama transistörleri ve yüksek frekanslı doğrultucu diyotlar) çalışma frekansının iyileştirilmesini ciddi şekilde engellemektedir. Son yıllarda yumuşak anahtarlama teknolojisi üzerine yapılan araştırmalar yukarıdaki kusurların üstesinden gelmenin etkili bir yolunu sağlamıştır. Son yıllarda gerçekleştirilen yumuşak anahtarlama teknolojisi araştırması, yukarıdaki kusurların üstesinden gelmenin etkili bir yolunu sunmaktadır. Sert anahtarlama prensibinden farklı olarak ideal yumuşak kapanma işlemi, önce akımın sıfıra düşmesi ve voltajın yavaş yavaş kapalı durum değerine yükselmesi ve böylece kapanma kaybının azaltılmasıdır. Kapatma kaybı yaklaşık olarak sıfırdır çünkü cihaz kapatılmadan önce akım zaten sıfıra düşmüştür. Cihaz kapatılmadan önce akım zaten sıfıra düştüğü için endüktif kapatma sorunu çözülmüştür. İdeal yumuşak açma işlemi, voltajın ilk önce sıfıra düştüğü ve akımın yavaş yavaş kapalı durum değerine yükseldiği süreçtir. İdeal yumuşak açma işlemi, voltajın ilk önce sıfıra düşmesi, akımın yavaş yavaş açık durum değerine yükselmesidir, bu nedenle açma kaybı yaklaşık olarak sıfırdır, cihaz bağlantı kapasitans voltajı da sıfırdır, bu da kapasitif açma sorununu çözer sorun. Aynı zamanda diyot ters toparlanma işlemi açılışta bittiği için diyot ters toparlanma sorunu yaşanmaz.
Yumuşak anahtarlama teknolojisi aynı zamanda anahtarlama transistörünün sıfır voltajda iletmesi ve sıfır akımda kapanması ve hızlı kurtarma diyotunun da yumuşak kapanması nedeniyle elektromanyetik rahatsızlık seviyelerinin azaltılmasına da katkıda bulunur.
Aynı zamanda hızlı kurtarma diyotu da yumuşak kapatılır, bu da güç cihazının di/dt ve du/dt'sini önemli ölçüde azaltabilir ve böylece EMI seviyesi azaltılabilir.
