Пожалуйста, объясните различие между мягкой и жесткой коммутацией Опции

[Илья Ильин]

Добрый день.
Задача такая. Есть сварочное оборудование. В качестве отличительной черты указывается, что оно работает в "SoftSwitch"режиме. На русский это переводится, если я правильно понял, как "мягкая коммутация". В противовес традиционной схеме инвертора с "жесткой коммутацией".

Я ищу кого-нибудь что-бы он смог популярно мне смог рассказать:

1. Что это за зверь – мягкая коммутация
2. В чем ее преимущества и недостатки
3. Все это в сравнении с обычной схемой с жесткой коммутацией

Причем надо это сделать не в физических терминах (уменьшаются тепловые потери в момент переключения), а в человеческих (в таких-то и таких-то режимах работы будет меньше греться и срок службы транзисторов будет в 1000 раз дольше).
Т.е. так, чтобы я мог эту информацию передать менеджерам по продажам и они бы смогли объяснить клиентам – чем одно лучше другого

Вот такая задача.
Приложил инструкцию к аппарату ( https://st.fl.ru/projects/upload/201401/f_2...e25fed14334.pdf ). Там на 33 странице есть принципиальная схема – если будет надо.

Я совершенно ничего не понимаю в электронике. Надеюсь раздел угадал. Готов оплатить консультацию по этому вопросу. Мой e-mail: oslix@oslix.com
Заранее благодарен.

[Илья Ильин]

Вот что мне удалось из "человеческого" описания мягкой коммутации найти. В описании оборудования NEON:

Традиционно, большинство аппаратов, в отличии от аппаратов NEON, выполнено по схеме косого полумоста с «жесткой» коммутацией. При использовании схемных решений с «жесткой» коммутацией происходит максимальное выделение коммутационных потерь в силовых элементах, что приводит к усилению их нагрева и снижению ресурса. Силовые транзисторы инвертора, работающие в таком режиме, в соответствии с техническими условиями на них имеют ресурс всего 10 тыс. часов.

Инвертор сварочного аппарата NEON построен по двухтактной полумостовой схеме с использованием ЧИМ (частотно-импульсной модуляции). При этом открывание силовых транзисторов осуществляется по технологии ZCS (zero-current switch коммутация при нулевом токе), а закрывание транзисторов – по технологии ZVS (zero-voltage switch переключение при нулевом напряжении), что обеспечивает минимальное выделение мощности на ключевых элементах, и, соответственно, максимальный КПД и надежность.

Силовые транзисторы инвертора, работающие в таком режиме «мягкой» коммутации, будут иметь ресурс в 1,5 млн. часов. Такой алгоритм построения схем и их практическая реализация позволяет компании ЗАО «Электро Интел» выпускать сварочные инверторы с продолжительностью нагрузки до 90%, при выходной мощности до 20кВт. Инверторы импортного производства, схожие с инвертором NEON по способу управления силовыми ключами, в России встречаются редко ввиду их очень высокой стоимости. По схожей технологии управления выполнены некоторые из инверторов «Kemppi» и «Fronius».

Т.е. можно говорить клиенту что "мягкая коммутация" значительно увеличивает срок службы транзисторов, напрмиер? Или это не так?
Если так, то разница 10 тыс. часов/1,5 млн часов - вполне себе такое преимущество с точки зрения маркетинга.

Потом вот такую ссылку нашел:
http://sibsil.narod.ru/softswich.doc

Преимущество "мягкой" коммутации - меньшие коммутационные потери плюс значительное уменьшение изменений значений тока и напряжения при переключениях. "Жесткая" коммутация чувствительна к паразитным элементам (индуктивностям), при "мягкой" сильнее влияют на цепь паразитные элементы основного контура. Поэтому даже при "мягкой" коммутации цепь чувствительна к реактивным элементам основного контура и это может вызвать высокочастотные наводки, что отражается на форме тока ключа, особенно в преобразователях с коммутацией при нулевом токе. Это ухудшает электромагнитную совместимость. Паразитные контуры уменьшают скорость спада тока при выключении, увеличивают коммутационные потери, снижают скорость коммутации, особенно в преобразователях с коммутацией в нуле напряжения.

Что это означает в переводе на человеческий?
То, что аппарат не будет "фонить" и давать наводки на другое оборудование которе в цеху рядом стоит? Или это мои фантазии и речь тут о другом?

В обычном, "жестком" режиме ключи разрывают цепь при полном токе и напряжении. делают это быстро, но не мгновенно. Пока напряжения и ток спадают на ключе рассеивается очень большая мощность.
В режиме "мягкой" коммутации за счет хитрых резонансных процессов в схеме ток и напряжение сдвигаются по фазе. В результате, коммутация происходит в моменты минимума тока или напряжения. Это резко уменьшает динамические потери в ключах.
Устройства с "мягкой " коммутацией имеют выше КПД. Впрочем, ничего не дается бесплатно. У них свои недостатки

Какие недостатки?
КПД значительно выше? Или доли процента?

[Егоров]

Какие недостатки?
КПД значительно выше? Или доли процента?

Один из недостатков - источники хорошо работают на фиксированную нагрузку. При работе на холостом ходу возникают проблемы.
Не всегда просто найти высоковольтные конденсаторы с большой реактивной мощностью, Неудобная конструкция трансформатора с большой индуктивностью рассеивания (секционирование, разнесение по кернам).
Доли- не доли процента, можно грубо считать что динамические потери в ключах снижаются вдвое. А остальное - как и прежде, от конструкции зависит. Можно и в выпрямителе потерять все что в ключах сэкономили.
До сих пор есть и сторонники, и противники резонансных схем. Если бы они были во всем хороши, то кто бы применял другое? Истина где-то посредине. Есть, конечно, ряд применений где они безусловно выигрывают.
Вообще, Вы требуете в одном абзаце, по-быстрому, изложить пару книг. Это очень трудно, если вообще возможно.

Полумост - это там где половина транзистором диодами заменена ?
Преимущество сомнительное, так как потери на современных полевиках ниже, чем на диодах.
А существует в природе открывание при "ненулевом" (т. е. фактически токе утечки элемента в закрытом состоянии) токе ?

Где и когда там нулевое напряжение, чтобы при нем закрывать транзисторы ?

Вы не учитываете сложность управления дополнительными полевиками и стоимость такого решения.
Вопрос о нулевом токе странный. Конечно есть. Обратноходовики так работают, например. И нуль напряжения в резонансной схеме можно получить.

[Илья Ильин]

Один из недостатков - источники хорошо работают на фиксированную нагрузку. При работе на холостом ходу возникают проблемы.

Какого рода проблемы возникают?

Доли- не доли процента, можно грубо считать что динамические потери в ключах снижаются вдвое.

Как уменьшение в 2 раза динамичесих потерь в ключах сказывается на общем КПД сварочника? Есть какая-то зависимость?
Т.е. "в среднем" он будет отбирать из сети на 10-20-30% меньше мощности чем "обычный"?

До сих пор есть и сторонники, и противники резонансных схем. Если бы они были во всем хороши, то кто бы применял другое? Истина где-то посредине. Есть, конечно, ряд применений где они безусловно выигрывают.

В каких случаях это оборудование лучше оборудования с "жестким переключением" ?

Вообще, Вы требуете в одном абзаце, по-быстрому, изложить пару книг. Это очень трудно, если вообще возможно.

Наверное я не верно поставил акценты в своей просьбе. Мне как-раз наоборот не нужно простым языком объяснять сложные физические процессы в схеме. Мне нужен некий список свойств, которыми оборудование на "мягкой" коммутации будет лучше/хуже оборудования на "жесткой".
Напрмер:

Плюсы "мягкой" коммутации:
1. Меньшие потери при переключениях режимов на транзиторах, а значит больший КПД установки и больший срок службы элементной базы. Примерно в 2-5 раз.
2. Меньше наводки на оседнее оборудование. Как электро-магнитной, так и по электрической сети. Что может быть важно в случаях использования оборудования радом с другими приборами
3. Возможность более точно выставить параметры сварочной кривой, и более точный контроль над параметрами дуги
4. еще что-то

Минусы "мягкой" коммутации:
1. Большая стоимость элементной базы. Меньшая ремонтропригодность в кустарных условиях
2. Проблемы с холостым ходом. Такие-то и такие-то
3. еще что-то

Вот как-то так. Я с интересом читаю баталии, которые тут развернулись, но к сожалению это ни на дюйм не приблизило меня к пониманию того как этот СофтСвитч влияет на параметры сварочного аппарата в целом.