In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  4, D e c e m ber   201 9,  pp.  1815~ 18 22  ISSN: 2088- 8694,  DOI :   10.11591 /ijpeds. v10. i 4.pp1815-1822          1815     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Dead ti me inf luen c e on operati ng m od es of transistor resona nt i nvert er  with pulse frequency modulatio n  (PFM)      Mihail An t che v 1 , Hri sto  An tch e v 2   1  S e ct io n P o wer E l ectro n i cs,  Facu lt y   of  El ectro nic En gin eerin g   an d  T echno lo gy , Techni cal  U ni versi t y,   B ulgari a   2  Dep a rt men t   o f E l ectri cal E ng ineer i n g   and   El ectro nics , U n i v ersit y o f   C h e m i c a l   T e c h n o lo gy  a nd   M e t a l lu rg y,  B ul ga ria       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e ce i v e d  Mar  19,  2 0 1 9   Re vise d A p r  14,  201 9  Ac ce p t ed  M a y  2 8 ,  2 019      Th is   s t udy   e xp lo res  th e  im p act  o f   d ead-t im e  on   t h e   t ran s istor  r eso n ant   in vert er  o p e ratin g  mo des   dep e nd in g  o n   t he  r atio   o f  th e  tran si st or  s witchi ng  f r equ e ncy  and   th e  res onan t   f req u en cy  o f   t h e  series -reso nance  ci rcui t  in  t he  di ago n al  o f   t h e   t r ans i st or  b ridge.  On   t h e   b asis  o f   t h eo retical   dat a   a nd   exp e rim e nt al  r e s ults,  a  dead -tim e  li mitation  r e lat i on   h as  b een  offered  -   bes i d e s  f o r  a  mi n i m u m  val u e   bu t  f o r  a  m a xim u m   v a lu e.   T h i s  p r ov i des  ext e ns ion   of  t h e  op e ratin g  mo de  r an ge  i n  z e ro   v o l t a ge  s wi tching  ( ZVS) .   K eyw ord s :   De ad  t i m e  P u lse  fre q uenc y  modu la ti o n   R e so n a nt  i nv e r t e r   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   M i ha il  A n t c he v,  Section   Po wer El ectro nics,    F a cult y   o f   E l e c t ro nic  En gi ne e r in g a n d   Tec h n o l o gy,   Tec h ni c a l  U ni ver s i t y –S o f ia,   10 0 0 ,  S o fia , Bul garia.   Em ail:  antc he v @ t u -so f ia .b g       1.   I N TR OD U C TI O N    The   ne ed  t o  i n t r o duce  dea d -t i m e  in  t he  c o n t ro ll ing  of  s in gle  le g  tran sis t or s  i n   t he  s c h e m e s   o f  t h e  pow er   e lec t ron i c  c o nv e r ters  i s  kn ow n.  T h i s  is  t he  t i m e,   w hic h   t h e  s i g n a l   f o r   s w i t c h i n g  o n   o f  e a c h  o f   t h e   trans i s t or s  dela ys  w i t h  r e spec t   to   t he  s h u to ff  s igna l   of  t he  o t he r.  I n  some   a rtic les,   t he  n ec e ssity  o f  s u ch  a   t im e   is  o n l y  me n tio ned  [1],   w hi l e   i n  o t hers  a re   r ese a rc hed  the  proce sse s   r ela t e d   t o  i t   i n   vo lt age   so urce   i nv erte rs,  resona nt  in v ert e r s   a nd  D C / D C  co nver t e r s,  a s  differ en t  w a y s   f or   its  d e f i n it io n  a n d   im ple m e n ta ti o n   a re   o ffere d.   In  [ 2]  t he  t i m e  is  r ec orde d  on   t he  g r a p h i c a l  t i m e   d ia gra m s,  but   t he   p r o ce sses   a r e  n o t  st ud ie d.   I n  [3]  i s   con s i d ere d  a  D C / D C  c o nver t e r  w ith  a  ze r o  vol ta ge  sw itc h i ng (ZV S ) a l gor ithm , as t h e   dea d -t i m e ca l c ul a tio n  i s   base d  o n   t h e   i np u t   capa c i tan c e   of  t he   M O S F ET  and  the   proc esses  ass o cia t e d   w i t h  t h e  ga te   c harge   dur in g   sw it c h i n g.   W i t h  re gard  t o  t r ans i st or  r esona n t   i nve r t ers,  one   o f   w hi c h   i s  ex pl ored  i n  this  a r t ic le ,  the  fol l o w in g  syste m iza t i o n  can  b e  done .  S o m e   c om pani es  r ecom m e nd  fixe d  se t- u p  b y   e x t e r na l  resi stor   i n  t h e  inte grate d   c o nt rol   ci rcu i t ,   p ro vid i ng   t h e   c o r re sp on ding   g rap h i c al   d ep en d e n cie s   [ 4,  5 ] .   I n  [6]  a  f i x e d  v a l u e  eq ual  t o   33 0   i s  se t.  I n   most  s t u d i e s ,   dead- tim e  is  d e t e r m i ne d  b a se d  on  t h e   r echa r gi ng  of  t he   o u t p u t   c apac i t a n ces  o f  the  s i n g le   l e g   M O SFETs,   as  t he  o ffere d  form ulas  f or  c alcu la t i n g   its  m i n im um  v a l ue   a re   a lm ost  i d e n t i ca l     [ 7 -10] .  A  s i m i l a r  form ula  i s   o ff ered  i n  [ 1 1],  as  t he  d elay  t i m e   i n   t h e   dri v er s  is   a dde d.   W he n  e x am i n i n g   a   trans i s t or   r eso n an t  i n ve rter  f or   i n d u ct i on  h eati n g  in  [ 1 2 ],  P ul se  F reque nc y  Mod u l at i o n  ( P F M )   is  u sed  an d   dea d - t i m e  is  i n t ro duce d ,   but  t he  p roce ss e s   i n   it  are   no t  resea r c h ed .  In   [ 1 3 ]   t hi s  ti me   i s  opt i m i zed   b a s e d   o n   t h e  rati o  b e tw ee n   t h e  res ona nc e  capa c i ty  a n d   t he  t r a ns i s t o r  dra i n-s ourc e   capa c i tance ,   t a k i n g  i n   m i nd  the  ma ximum   sw i t c h i n g  fre q ue nc y.   M a n ua l  tu ni ng  base d  o n   t h e   e xperim e n ta l   loss  m ea sur e m e nt  i n  t h e  c o nve r t e r   is  s u g g es ted  i n   [ 14] .  The  a r t i c l e   [ 1 5 ]   i s  i n te res t i ng,   a s  bes i d e s   t he  m inim um  v a l ue   lim ita ti o n ,  it   o ffers  ma ximum   val u e  li m i t a t i o n   a s  w e ll.  T he re  a r e   a da pti v e  dea d -ti m e  de fin i t i o n s,  f or  e xa mpl e   [ 16 ] ,   p re se n t i ng  a n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   1 8 1 5  – 1 822  1 816 ada p t i ve  a d j us tm ent  sc hem e   i n  the  ran g e   o f   0 3.5   ,   s uita bl e  for  hi g h   v olta ge   a pp li cat i ons.   In  [ 17]   i s   prese n t e d  a   m e th o d   f or  c om pe nsa t i ng  dea d   t i m e,   b a s e d   o n  a  com p l e x   f or m  of  t he   m o d u l a tio n  s i g n a l   . A s   a   summ ar y  of   a ll  t h e  de sc ri be d  ca n  be   c o n cl u d e d  t h at   t he   s t u die s   c ons i d er  t he  d e v e l o p m e n t   o f  t h e   proce sse s  i n   the p o w e r sc hem e  w hen the  d e a d -t i m e  is  i nsuf fic i e n t  in va l ue .   Q u i t e  ofte n,   h o w e v er,   the  des i gners  c h o o s e  a   h i g h e r   v al ue   t ha n   n eed ed ,  to   b e   se cu red  in   c a s e  of  l o a d  and  p o w e r   t r ansistor  p a r am ete r s  c h an ges.   N o  pu b lica t io ns  a re   k n ow n  o n   h ow   t he  o pera t i on  m o des  c h an ge   i n   ca se   t he   d e a d- time   ha s  m u c h   g re ater  v a l ue.   The  pro b l e m   is :  i f   t hi s  ti me   i s  mu ch   g rea t e r ,  t h e  ze ro   v ol t a g e   sw it c h i n g  m o d e   o f  t h e  re so na nt   i nv erter s   c ha nge s.  T h i s  i n c r ease s   t h e   lo s s es   o n   t h e  t r an sisto r s  and   re du ces   t h e   efficie n c y .   Th e  aim   of  t h i s  s t u d y   i s  t o   p rese nt   a   r esea rch  of  t he  i mpa c t   on  de a d -t ime   oper a tin g  mod e s  w i th   sign ifica n t  (2   t o  3  t i m e s)  h ig her  va l u e  t h an   t he   n e e d ed   o ne.   Th is   i s  done   w i t h  a   t r an sistor  b ri d g e  r e so nan t   in verter ,  for  i n duc t i o n   h e a t i n g   a pp lica tio n  for  e x am pl e .   B ased  o n   t he   a n a ly sis,   t he   a u t hors  pr opose   a   new   so l u t i o n :   e xce p t   for  a   m i nim u m  val u e,  d ea d  tim e  sh o u l d   b e  lim it ed   t o   a  ma x i mu m  v a lu e,  a n d   ma th ema t i c al  depe n d e n ce  is  d eri v e d .   P a rt  2   p res e nt s   gen e ral   theore ti cal  i nformation.   P ar t   3  -  the  r esults  o f  e x p e rime nta l   r esea rche s,  d o n e  in  a   s l i gh tl y  m o re  u n u s u a l   a ppr oac h   -   t he  t h e ore t i c al  t i m e  di a g ram s   a nd  e xper i m e nt  o sc ill ogra m s  a r e  show n   nex t   t o  e ach  o t h er.   O n   t he   b a s is  o f  t h e   exper i m e n t a l   r e s ults  i n   P art  3,  t heore t i c al  c o n cl us ion s   a nd   rec o mm enda t i ons f or the  c h o i ce  of  dea d - tim e  are m a de  i n P a rt 4.       2.   T H EO R E TIC A L   DATA  F i g u r e   1  shows  a   po wer  ci rcui t  di ag ra m  of   a   b ri dg e  t r a n si st o r   r es o n an t   i nve rter  d e s i g ne d  for  in duc t i on  hea t i ng,  w ith  c on sta n t   v o l t a g e   su p p l y .  D e pend in g  on  the  loa d ,  by  eq ui va len t   t r a nsform atio ns  t h e  dia g ra m  i n   t he   d ia go na l  o f   t h e   b r i d g e   ca n  b e   t u r ne d  i n to  a   s eri es- r esonan c e  c i rcui t  for   w h ic h  t h e   fol l o w i n g   resona nce  con d i tio n is  f ulf ill ed.           F i gure   1.  Brid g e   tra n sis t or r esona n t  in v er t e r sc hem e       R 2 . ,  (1 )     It is kn ow n  tha t   t he ow n   r e s on a n ce  fre que nc y   of the  c irc l e   is  d e t e r m i ne d by  the  d epe nde n c e     .   ( 2 )     wher e     .   (3 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       D e ad tim e   in f l ue nce o n   o p er at i ng  m o des o f  trans is tor re so na nt …  ( M ih a i l  An tchev )   1 817 is  t he  d a m pi n g   r a tio.   T h e r e   i s   a nothe r   fr equ e nc y  f o r   the  i n ver t er    -   s w i t c hin g   f r e que nc y   of  t he  t r a nsist o r s   se t   b y   t he  i n v e r t er   c on tr ol  s ys tem .   T he   a dju s t i ng  of  t he  o u t pu t   p ow er   i s  via  P u lse   F r e q u e nc y  M o du l a ti o n   ( P F M )   -   c h ang e   o f  the  sw i t ch in g  fr e q ue nc y  w h ile   m ain t a i n i ng  s y m me t r i c   c on tr o l   o f  the  di a g ona l l y  c o n n e c te d   transis t ors -   50 %   dut y  c y c l e  i f   d ea d- t i me   i s  neg l e c t ed.     D e pe n d in g  on  t h e   r a t i o  be t w e e n  the  actua l   reso nanc e  f r e q u e nc y  o f  t h e   cir c le     a nd  the  s w i t c h i n g  f r e que n c y  ,  dif f e r ent  o p er a tio n  m odes  ar e  know n  -   w ith  a   f r e quenc y  be low   or   a bove  t h e   r esonan c e,   i n   r e sona nce   m o de,   i n   w h i ch   t h e   c ur r e n t   t hr ou g h   t he   d iag o n al   c an  b e  in t e rrup t ed   o r  con t in uou s.  B y  m a them at ica l   a nal y sis,  r e s pecti v e  m a t h em atica l   d epe n de n c ies  can   b e  o b t ai ne d  an d  can   b e  dra w n  gr aph i c a l   de pe n d enc i e s  f or  the  c o n duc t i on  time s   o f  t r ans i st or s  an d d i ode s  in   th e s c heme,  as it   is  don e in  [ 18 ],   n o t  tak in g  in  m ind  t h e   d ead- tim e.   T he  t h e or et ica l   i n f or m a ti o n   p r e se nt e d   h e re   i s  com p l e te d  in  P a r t4  w ith  t he oret ic a l   c onc l u sio n s  ba sed  on  ex pe r i me nt a l   r e s ear ch.   D e l i ber a te l y ,   the  r ec har g i n g  of   t he  o u t p u t  ca p a ci ta nce s   o f   t h e   si ng le le g  tran s is to r s  is ig n o red,   w h i c h   a s is kn o wn ha ppe n s   a t   t he  be g inn i ng  of   t he  d ea d- ti m e .   Th is is  d o n e  t o  di ff er e n tia te   t h e   r egim es  i n  te r m s  of  t he   c o n duc tiv i t y  r a nge   o f   t he  s e m ic on duc tor   dev i ce s  in  t he  c ir c u it.       3.   EX PERIMENT AL R E S E A RC H E S  The  osc ill ogr a m s  pr ese n t e d  he r e   a r e   f r o m   e x per i m e n t s  un der   the  fo llo wi n g   c ond iti o n s :   in ve rt er  sup p l y  vol t a ge   200 ,   used  t r a nsis tor s   -   I R F 450.   T he   c apac ita nc es  o f   these  t r ans i st ors  are  as  f o l l o ws :  ou t p u t   c apac ita nce  -   6 0 0 ,  fe edb a c k   c apac i t a n c e   -    2 40 .   The  ma ximum   value  of   d r a in   c u r r e nt   i n  t h e  des i g n   a n d   i mple me n t a tio n  o f   t he  r eso n an t   i nve r t er  i s   1 . 5 .  A t   l oa d  c h a n g i ng,   t h i s   ma x i mu m   v a lu e   i s    15 ,  but  a t  the  d e s i g n   t h e   s m a ller   valu e   is  t ake n ,  as  d ead- tim e  i s  i n v e r s e l y   pr opor ti ona l  t o   t h e   m axim um   c ur r e nt  v a l ue.   The  ca l c ul a t ions   b as e d   o n   t h i s  d a t a ,  u s i n g  t h e  f o r m u l a s   f r o m   pa ge  18  o f   [ 11 ]   a n d   f o r m ul a   ( 7 )   of  [ 7]   g ive   appr ox ima t e l y  the   s ame  resu lt  fo r  th e  mi nimu m  d e ad -time  v a lu e  by  calc u la ti on  2 0 0 . In the  prac t i c a l   im pl e m e n ta t i o n ,   the  dea d - tim e  value  i s   f irm l y  estab l ishe d  60 0  .   F o r   a l l  the   o s ci ll ogr am s  show n  be low ,   t h e   C H 1   c ur r e n t   i s  m o n i tor e d  w i t h   a   c ur r e nt  p r o be   wi th  1 :1  ra t io  a n d   t h e vo lt ag e   o f  C H2  wi t h   vo lt ag e p r ob e wi th  1 0: 1  r a t i o.           (a)    (b )     F i gur e  2.   O pera tin g  mode   a t  0 . 5   w i t h  dead- t im e   c ons i d e r at i o n.   ( a)   t heor e t ic a l   t ime   diagr a m s   o f  t h e   cur r ent t h ro ug h  t h e   ser i e s -re sona nce  circ u it   and t h e  v o lta ge  of the  reso nan t   capa c itor   ;   ( b )  osci llo gr a m s  of  t he   c ur r e nt  t hr o u g h   t he   s er i e s- r e sona nce  ci r c uit    -   c h1  and   t h e   vo l t ag e  of  t he   r e s ona n t     ca p a cit o r   -   c h 2       F i gur e   2( a)   s h o w s   t ha t  dur i n g  t h e   dead- t im e    f or   t he  c onse c u t i v e  pair   o f  dia g o n a l l y   c on ne c t e d   tr a n sis t or s  t h e   con d u c t i o n   is d one   by t h e  r e v e r s e  dio d e   of   t he  othe r   pair   o f   tr a n sist or s.   T hi s  d o es   n o t   a f f ec t  t h e  m ode  o f   o p er a tio n  of   t he   r e s ona n t   i n v e r ter   –  F i gur e  2( b) .   The  s am e  i s   t he   case   at   0.5    F i g u r e   3( a)   a nd  F i gur e  3( b) .  Th e  th eo reti cal  m o d e   o f  reso nan c e   ,   id e a l l y,   w it ho ut  d ea d- t i m e   c ons i d e r at i on,   i s  ill us t r ate d   w i t h   t he   t ime   d i a g r a m s   i n  F i gur e   4.   I t   ca n  be   s e e n  t h a t   t h e   r e v erse   d io de s  d o   n ot   c o n d u c t ,   i .e .   t h ere   i s   no  r e turn   o f  e n erg y  from   t h e   l o a d   c ircu it   b a c k   to th e  power  s u ppl y .   If  the   c o ntr o l   system   s u p p o rts   t h is  t he or et ical   m ode,   it  wo u l d  pr o v ide   m a x i mum   ener gy  efficie n c y .   Wh en  e n t eri n g   t h e   d ea d- t i m e   i n   the  r e so na nc e   mode ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e c  2 0 19   :   1 815   –  1 822  1 818 im me di a t el y  af ter   sw itc h i n g   o ff  t h e  c ons ec u t i v e   pa ir   o f  di a g o n a lly   c o n n ected   t ran s is to rs,  th eir  rev e rse  diod es   c o n duc t  –  F i g u r e   5 ( a )   and  F i gur e  5( b) .   I t   t ur ns  o u t   t ha t  t h is  m ode  i s  simi lar   to  t h a t   show n  in  F ig ur e  3,   r e gar d l e ss  o f  t h e   di ffe r e nc e  i n   r ati o   o f  t h e  f r e que nc ies    a nd   .           (a)  ( b )    F i gur e  3.   O pera t i n g   m ode  a t  0.5     w ith  d ea d - ti m e   c ons idera t i o n. (a) theor e t i c a l  t im e   dia g ram s  of  th e c u rre nt   t hro u gh t h e  se ries-r eson ance  c i r cu i t     a nd  the   vo l t a g e  of  t he  r e s on a n t   ca pa ci t o r   ;  ( b )   osc i l l ogr am s  of   t he  c ur r e n t   t hr o u g h   t he  s e r ies- r e sona nc e  c i rcu it   -   c h1  a nd  t h e  v o lta ge   o f  t h e  r e sona n t   ca p a cit o r   -   c h 2           F i gur e   4.   O per a ti n g   m ode  a t      w itho u t   d e a d- ti m e   c onside r at i on.   T he or eti c a l   t i m e   dia g r a ms  o f  the  curre nt t hro u g h  the  s eries-  re s on a n ce  circ u i t     a nd  t h e  vo lta ge  o f   t h e  r e son a nt  capa c i t or         L C i u , L i C u 3 1 VT VT 4 2 VT VT 0 0 ; C C T T 0 T T C u G1,3 u G2, 4 t t u G Id e a l ,   n o  de a d  t i m e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       D e ad tim e   in f l ue nce o n   o p er at i ng  m o des o f  trans is tor re so na nt …  ( M ih a i l  An tchev )   1 819     (a)  (b )    F i gur e  5.   O pera t i n g   m ode  a t     w i t h  de ad- tim e   c onside r at i o n  ( t he  s t a r t   o f   t h is  t im e  i s   a fte r   t h e  curr ent  has  pa sse d  t h r o ug h  z e r o   v al ue ) .   ( a )   t heor e tica l   time   d i agr a ms  o f   t h e c u rre n t t h rou g h   th e se ri es  res o n a n c e   c i rcu it    a nd  the   r e sonan t   c apa c i t o r   vo lta ge  ;  (b)   osci ll ogr am s  of  t h e   c ur r e nt   t hr o ugh  t h e  se r i es    r e sona nc e  c i r c ui t  -   c h1  a nd  t h e  vol ta ge   o f  th e   r e sonan t   c a p ac i t or     -   c h2          (a)   ( b )    F i gur e   6.   O per a ti n g   m ode  a t     w it h  dea d - t i m e   cons ider a t io n  ( t he  b e g in ni n g   o f   t h e  tim e  is  b ef or e   the  cur r ent ha s pas s ed  t h r ou g h  ze r o va lue ) .   (a ) the o r e tica l   tim e  di ag rams o f the cu rren t   t h r oug h   th e  s e ries-  resona nce  circ uit    a nd  t h e  r e sona nt  capa c i t o r   vol ta ge  ;  (b ) o s cillog rams o f  th e  cu rr ent th ro ugh  th e     se ri es- re so n a nc e ci rc u i t     -   c h1  a nd  t h e  v o lta ge   o f   t h e  r e son a nt  c apa c i t or    -   c h 2       The  oper a t i n g  m odes  s how n  in  F igur e  6  a n d   F i gur e   7  ar e   n o t  desc r i be d  in   t he  l it e r a t ur e   and  ar e  du e   on l y   t o   dea d - t im e,   a l t h o u g h   t he  s w itc h i n g   f r e que ncy   i s   h i gher   t han   t h e  r e so nanc e   fr eq u e nc y.   T y p ica l l y ,   t h i s   m ode  o f  op er at i o n  i n   t he   a bse n ce   o f   de a d - t i m e ,   i s  e xpec t e d   t o  p r o vi de  Z V S .   The  in te r e st ing  in  b oth  m ode s  is   the  a l t e r n a t i o n   of  c ond uc ti on   i n t er va l s   o f   o n e  pa ir   o f  d i a g o n a l l y   c on ne c t ed  d io des  w i th  t he   o t h er   p a i r   of   dia g ona lly   c o n n ec te d  d i o d e s .   I n   F ig ur e   7,   t h e   d ur at io n  of  t he  t w o  i n t e r v a l s  i s   t h e   s a m e .   A s  y o u  c a n  s e e ,   b o t h   of   t he   m ode s  d o   n o t   p r o v i de   Z V S .   I n   t he  c a s e  sh ow n   i n   F i g ur e  8,   w he n  t h e  de ad- time   c o i n c i de s  in   d ur a tio n   w i t h   t he   c o n d u c ti o n   i n t er va l  of  a   p air   of   r ever se  d i ode s  be for e   t he   s witc hi n g   o f   t h e i r  respec tive   trans i s t ors,   ZVS is p r o v id e d .      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e c  2 0 19   :   1 815   –  1 822  1 820     (a)   (b )    F i gur e  7.   O pera tin g  mode   a t     w i t h  dead- tim e   c ons i d e r at i o n  ( t he   b e g i n ni ng  and  the   e nd  of  t h i s time  ar e symm etrica l l y  spa c e d   t o th e  curre nt fl o w  t h r oug h  zer o va l u e ). (а )  t h e o r et i cal  ti m e   d i ag ra ms o f   t h e cu rre n t   thr o u g h  the  s e r ies-  r esona nce  circ uit    a nd  the   r e sonan t   capa c itor   vo l t age  ; (b ) o s cillog rams o f th e  cu rrent  t h r o u g h   t he   s e r ies-   r esonanc e  c i r c u it  -  c h1  an d  the  v o lta ge  o f  t h e   r e so nan t   c a p ac it or    - ch 2       N a m e ly  t h i s  b o r d er l i ne  c a s e   is  u se d  be l o w   to  s e t   t he  m a x i m um   d e ad -t ime  l i m it a tio n .   T hi s  c a se   i s  take n  in  m in d,   b eca use   a t   t h e   f ur ther   i ncr ease   o f   t he   f r e q u e n c y   o f   sw itc hi n g   dur in g  de ad- t ime   alw a y s   t he   r e ver s e   dio d e  o f   t he  r e s pe c t i v e   tr a n si s t or   c on duc ts  a nd  ZV S  is  i m p l emen t e d .           (a)   (b )    F i gur e  8.   O pe rati n g   m ode  a t     w it h  de ad- time   c onsider at i on  ( t he  e n d   o f   t h is  t i m e  is  b ef or e  t he   c u r r e n t   ha s  passe d  thr o u g h  ze r o   v a l ue ) .   ( a)   t heor et i c a l   tim e  d i agr a m s   o f  th e   c u r r e nt   t hr o ugh  t h e  se r i es-   r e sonanc e   circ u i t    a nd  the   r e sona nt  capa c it or   v o l tage  ;  ( b )  o s cillog rams o f th e  cu rr en t   thr o ug h  t h e  ser i es-   r e sona nce   c i r c u it    -   c h1  a nd  t h e  v o lta ge   o f  t h e  r e sona n t   c apac i t or    -   c h 2       4.   THE O R E T I C A L CONCLUSIONS  F r om   t he  s how n  in  P ar t  3  c a n   be  c o n c l u d e d   t ha t  a p a r t  f r o m   the  m inim um  limi t   t he   d e a d -time   must  h a v e  m a xim u m  l i m i t   to  pr o v i de   a   Z V S   m ode  i n a   w i der   in ter v a l   o f  f r e q ue n c y  v a r i at ion  ar ou nd   t h e  r eso n a n ce   v a l ue .   I t   i s  su ff ici e nt  t o  t h e r e c h a r gi n g  t ime   of  t he  o u t p u t c a p ac i t a n ces of t h e   tran s i s t o r s [7,   11]     t o a dd  t h e t i m e   f o r   sw itc h i n g   o n  the   r e ver s e   di ode s,   i . e .   t o  e n sur e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       D e ad t i m e   i n f l u ence  o n  o p e r a t i ng m o de s o f  tr ansis t o r  reso na n t   … (M i h a i l An tche v)   1 821        ( 4 )     The  q u e s t i o n   i s  what  i s  t h e  v a lue  of  t i m e   .  Re gardi n g  t h e  sw itc h i n g   t ime   of  t he   d io de s  use d   i n  t h e   D C / D C  c o n v e r ters,   there   is  a   d eta ile d  st u d y   [1 9]   s how in g  t h at  f or  t he  d i f fe rent  t y p es  i t  ra nge s  fr om  2   t o  1 5   nS .   I n   t hi s  ca se ,  how eve r ,  it  is   a bo ut  t he  r eve r se  d iode   o f  M O S F ET,  w hich   i s  ac tu  a l l y  a   p a rasitic   t ra nsist o r  in   the  st r u c t ure.   A t   t h e  g a te   o f  the   tra n s i s t or  t here   i s  no   s w i t c h - on  si g n al   a s   i t   i s  i n   t he  s y n c h ro no us  r ec ti fier s  so  th i s   s ig na l  w ill   b e  prov i d ed  a fter  d e a d -t ime .   I n  thi s   case ,   t he   p ub l i s h e d   s t u d i es  o n  sync h r on ous  r ect ifie r s   c an  no t  b e   u se d.  F r o m  thi s   p oi n t   o f  v i e w ,  it   c a n   b e  sa id  t ha t  in  t h e  ma nu fa c t u r ers '   d ocum enta t i o n   t her e   i s  n o   prec ise   da ta  o n   the  t i m e   o f  sw itc h i n g   o n     o f  t h e  re verse  di o d e.   F or  e xam p le ,  w i t h   r egar d  t o   t he  u sed  he r e  IRF45 0   t ra nsis tors  i n  [2 0]   i t  i s   s a i d :   “ Intr i n sic   tur n -on   ti me   is  n e g l i g ib le.   Tur n -on   sp e e d  is   s u b s t a n ti a lly  c o n t r o l l e d  b y   L S  +  L D ” .   A l s o  f o r  t h e  s u m   o f   t h e   i n d u c t a n c e s  o f   the  tw o  t e rm i n a l s  of  t h e   t ra nsis tor,     the va lue   is 6. 1  nH .   Tak i n g   i n  min d   t he   a b ove,  t h e  au th ors  of fers  t he  f o l low i ng  w a y  of  d e t erm i ning  the  ti m e    :  Be for e   st a r t i n g   t he   s w i tc h  on  of  t he  M O S F ET  re verse   di o d e ,   t he  capa c i t y  of  t he   d ra i n - s o u r ce  tr ansist or  n e e ds   t o  be   curr ent  d i sc ha rged  t hro u gh  th e  dia g o n a l   o f  the   i nver t e r   b ri dge  t o   a   v ol t a g e   o f  ap prox ima t e l y  0. 6V .  The r e f ore ,   it   c a n   b e   as su me d  tha t   o n  th e  sum  of  t he  i nd uc tanc e s      i s  app l i e d  v o lta g e   w ith  s uc h  va lue.   T he n  th e   rate  of  curr ent  c h a n ge  t hro u g h   t he m  and  t h e   re verse  diode  w il l  be :            .    ( 5 )     O r   i n  t h e de scribe d  case          . . 0 . 1   ( 6 )     There f ore ,   a t know n va l u e o f  the  c urre n t      w h i c h  m ust  be r eac hed  thro u gh  the   re verse   dio d e       .    ( 7 )     F o r e x am ple,  f or  t he c ase  show n in F i gur e 8 ( b) fo r    1 ,  1 0 .  A t   c urrent va l ue  1 0A   the t i m e  w ou ld  be   100 nS .       5.   CONCL U S IONS   As  a   r esul t   o f   t his   st u d y   for  t h e  de ad- tim e  i m pa ct  o n   t h e  o p er a t i n g   m o d e s   o f  brid ge  t ra ns istor   reso na n t   in verter , is es t a b l i s h e d  an  oper a t i n g  m ode aro un d  t h e   r e so na nce   f re qu en cy  wi t h   c o n s ecut i v e  co nd u c t i o n   o f  t he  pairs di a g ona l l y  co n n ec te d  r e ver s e   MO S F ET  di o d es,  w h ic h  has  n o t   b e e n  descri b e d   t ill n o w .   H ere   is  o ffer ed  a   form ula   for  the   m a xim u m  l i mita t i o n   o f  de a d -time   va l u e  be si des  t he  k n o w n   s o  fa r  m i nim u m  va l u e  l i mit a ti o n .  A n  e xam p l e  o f  how  to use   i t  i s show n a s  w ell.      REFE RENCES    [1]   X i n g k un  Qi,   Yo ng lo ng  P e ng ,   Yab i n  Li,   “ P aram e t ers  Des i g n   o f   S e ri es  R es o n an t  Inv e rter  C ircuit”,  Phys i c s  P r o cedi a ,  2 4 ,   pp. 13 3-1 38,   2 0 12.  [2]   M a ri an  K .  K azim i e r czu k,  D ari u sz  C zarkow sk i,  “ Reson a nt   P ow e r   C on v e rte r s” ,  A  Jo hn   W i lle y  &   Son s ,  Se c o nd  edition,   2011.    [3]   S a n d j a y  Hanan u r ,  “ M a t chi n g   S y stem   D ead  Time  t o   M O S FET  P a ram e ter s  in  Z VS  C i r cuits”,   V ishay  Si liconix,   Rev i s i o n :  06 . 1 0 . 20 14 ,   A N   84 5 ,  Do c um ent   Nu mber:   67 527 .   [4]   “ F ai rchild  S e m ico ndu cto r ,  A d v a n ced  P uls e   F req u ency   M o dul ation   ( P F M )   C ontro ll er  f or  H alf - Bri d g e   R eso n an t  Converters”,  FA N  7631, www. f a i r childs e mi.com , 2012.  [5]   “ I n f in eon,   D esign  G u i d e   f o r LL C  Con v erter  wit h  ICE 2H S0 1 G ”,   Appl icati on Not e ,  V1.0 , Ju l y 2 0 1 1 .    [6]   J i an gu ang  M A ,   X u ey e W E I ,   Li a n g   HU ,   W e n t i ng J I A ,  “ In vestig ati o n   on  op t i m a l  p aram e t er s e l ecti o n   f o r LLC h a lf - b r id ge  r es on ant   con v ert e r  bas e d   o n   F H A ”,  T u r k ish Jo ur nal  o f  Elect ri ca l  En g i neering   &  Co mputer   S c ience ,   no   2 6,   p p . 895 -90 5 ,   2018.    [7]   T e xas   Ins t rum e nts,   “ S u rv ey  o f   Reson a nt   C on verter  T op ol og ies”,   2 0 18  Te xas Inst rument s  P o wer  Suppl y Des i gn   Se min a r  S EM 23 0 0 ,   SLUP   376  .  [8]   S ilv io   d e  Sim o n e ,  “ L LC  r eson ant   h a lf -bri dg e  con v ert e r  des i g n   g u i d el in e” ,   S T  Mi cro e lectr o n i cs ,  AN  24 50 ,  Ma rc h ,   20 14 .  [9]   Je ff  J in,  “ A pp lic a t io n  No te   f o r   a n   LLC  Re so na n t   C on ve rte r   U sin g   R eso n an t  Con t rol l er  H R1 00 0”,  The  Fu t u re  of   An alog  IC  Te c h n o lo gy ,   A N 05 4,  20 1 3 .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   1 8 1 5  – 1 822  1 822 [10]   Junhao  L uo,  Jun h ua  W ang,  Z h ijian  Fang,  Ji anwei  Shao,  J i anqui  L i ,   “O p tim a l   D esi g n   o f   a   H i gh  Eff i ci ency  L LC  Res o n a nt  C onv erter  wit  a  Narrow  Fre q u e nc y Ra n g e   fo r Vo lta ge   R e g ula t io n” ,   E n erg i es ,   20 18 .   [11]   H e len   D i ng,   “ Desi gn   o f   Reso n a n t   H alf-Bri dg e  Con v ert e r  us ing  IRS 279 5  (1,  2),   Con t rol  IC” ,   Interna tional   R ectifi er   AN-11 60 .   [12]   J .  T i a n ,  G .   B e r g e r ,   T .  R e i m a n n ,  M .   S c h e r f ,   S .  P e t z o l d t ,  “ A   h a l f -bri dg e  s e ries   r es on ant  i nvert er  f o r   i nd uct i o n   co ok ers  us in g  a  no vel   F P G A -bas ed  c o n tro l   s t r ateg y”,  Europea n  Con f er enc e  on  power  Elect ro ni c s  an d   A p licat i ons , 20 0 5 ,   [13]   Reza  B e iran van d ,   B is han   Ras h idian ,   M oh a m m a d   Reza  Zo lh adri ,  S e y e d   Mo ha mma d  Hosse in   A la v i ,  “ O pt im iz ing   t h e  N o rm ali zed  D ead-Ti m e  and   M a xim u m   S w itchi ng   F requen c y  o f   a   W i d e-  A djust a ble  -  Ran g e  L L C  Reso nan t   Converter”,  IEEE  T r a n s. on  Po wer  Electr onics ,   v o l   2 2 , n o2 ,  p p . 4 62 -47 2 , 2 01 1.     [14]   Ya sse r   N ou r,  A rn old  Kno t t ,   L a r s  Pre ss  Pe te rse n ,  “Hig h  fre q ue n c y   S of t   swit c h i ng  S e ries-res onant  C on verter   Ut i l i z ing  Gal lium  Nitr i d e  F e t ’ s ” ,  Pr oceedi n g s   of  th e 1 9 t h  E u rop e a n   Con f eren ce o n  P o wer  El ectr o n i cs  an d   Ap pl ic a tio ns ,   2017 .   [15]   X i   Z h a ng ,   Ziy ang   L a i,   R u i   Z h i on g,   Z h e   L i,   Z h i mi n  Zh ang,   L ian g   Z h ong ,  “S wit c hi ng  D e vic e   D ead   T im e   Optimi z a tion  o f   R esonant  Double-Si ded  LCC  Wi rel e ss   C harging  Sys te m   f o r  El ectric  Veh i cl e”,  En er gi es ,   vol  10,  n o   11,   2 0 17.    [16]   L i n g -F en g  S h i ,   F u  Bo   L i u ,   Hui - S e n  H e ,   Xi ang-Y u   M ao ,   Xi n-Qu an  L a i,  “ D e si g n   o f  Ad aptive  dead-t im e  con t rol  ci rcui t   f o r reson a nt hal f - br i d ge d ri ver”,  In ter nationa l Jo ur nal of  E l ect ronics ,   v o l  10 0 ,   no  10,   pp.   131 7-13 31 ,   2 013 .  [17]   S u ros o   ,  Daru t o i  N ugro h o ,   T os h i hi k o  N og uchi,   “ New   Dead -Tim e   Co m p en sati on   M eth o d   at P owe r  Invert er Usin g   Carri er  B ased   S i n u s o i dal  P u lse-Wid t h  M o du lati on ”.  Inter n a tio na l Jou r na l  of   E l ect rica l a n d Comp ut er  En gi ne e r i n g  ( I J EC E ) ,   v o l   8,   no 6 ,   p p .   4 88 0-48 9 1 ,   2 018 .  [18]   P l atek   M .,  Z.  W aradzin ,   “ Op erati on  m o des  of   f u ll-bri d g e   voltag e -source  resonant  i nverter  wit h   PFM  c ontro l   f or   i n d u ctio n  h eating  appl icatio ns”,   El ektrotech ni ka i  El ektr oni ka , 2 5 ( 1 ) , pp . 5 8-6 7 , 2 00 6.  [19]   J i m   Willi a m s , D avi s  Beeb e, “D i o d e T u rn-o n  T i me In d u ces F ai lu re s  i n  S w it chin g Regul ato r s”,   L i n e ar Te c h n o lo gy ,  AN12 2,  2 00 9.   [20]   International   Re ctifie r,  R epetiti v e   A val a nhe  and   dv/dt  Transist ors  IRF 4 50 ,   PD -330 F ,   2 2. 0 1 . 2001,   d eri v ed  f rom   ww w. ir f . c o m.       B I OGRAPHIES  O F AUTHO RS      M i hail  Hrist ov An tch e v  – P rof e ss or,   P h D ,   DS c  -  was  born   in  S ofia ,   B u l gari a ,  i n  195 5.   H e  aw ard e d  Mas t er d egree at  Tech nical  Un i v e rs ity  –  S o f ia, Bu lg aria , in   1 9 8 1 .  He   is P rof e sso r  i n   “ P ow er e lect ron i cs”  in  Tech nical  un i v e rsity-S ofia.  He h a s  p ub li sh e d  ab o u t  1 00  scie n tific pap ers,  1 2   b oo ks  a nd  o t her  s c hoo l  applian ces.   P ro f.  M .Ant chev  w ork s   i n   th e f i e l d of po w er el ectron i c  co nvert ers  w i t h  im p ro ved  energy   i n d i cators,   a s  we l l   a s   of  d y n am ic  a nd  cont rol   sy st em   o f  p o w e r  el ectron i c co nv erters. E-m ail :   a ntch ev@t u-s o fi a . b g            H r ist o   M ihai lo v   A n t c hev  –  Chief  A s sist an t ,   P hD w as  b orn  in  S o f i a,   B ul gari a ,  in   1981 .   H e  aw ard e d  Bach elo r  and  M as t e r  degrees  at  Techn i c a l   Univ e r s i t y  – S of i a , Bu l ga ri a,  i n   s p ecial izatio n “ P o w er El ectro ni c s  He  is Ch i e f  A ss i s tant in   “E le ct ron i cs ”   in  U niv e rs it y  of  Ch emi cal T echn o lo gy  and  M etallu rgy. Dr.H.A n tch e v w o rk s i n  t h e   f i e ld  o f  pow er elect ron i cs,  comput er s imul a tion   a nd  cont ro l .  E - m ail: hrist o _a nt c h ev@t u-so fi a.bg       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.