بررسي و بهبود مبدل‌هاي بسيار كاهنده با كليدزني نرم

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

با پيشرفت كاربردهاي مبدل‌هاي بسيار كاهنده در صنايع مختلف، اهميت بهبود ساختار اين نوع مبدل‌ها در جهت افزايش راندمان و كارايي مبدل دوچندان شده است. مبدل‌هاي بسيار كاهنده از لحاظ كاربرد به دو نوع ايزوله و غيرايزوله تقسيم مي‌شوند كه به علت پيچيدگي‌هاي بيشتر مبدل‌هاي ايزوله، در كاربردهايي كه ايزولاسيون مورد نياز نباشد استفاده از ساختار غيرايزوله بسيار به‌صرفه‌تر است. علي‌رغم اينكه مبدل باك به علت سادگي ساختار، تعداد المان كم و هزينه‌ي پايين يكي از پركاربردترين مبدل‌هاي كاهنده است، اما در كاربردهاي بسيار كاهنده، استفاده از اين مبدل به علت باريك شدن ضريب وظيفه امكان‌پذير نيست؛ چراكه مشكلاتي را به همراه خواهد داشت. از جمله اينكه با كاهش ضريب وظيفه، توان بايد در مدت زمان بسيار كوتاهي به خروجي انتقال يابد كه باعث افزايش مقدار مؤثر جريان و افزايش تلفات مبدل مي‌شود. همچنين اين وضعيت تنش ولتاژ بالايي را براي المان‌ها ايجاد مي‌كند و ريپل جريان خروجي را نيز افزايش مي‌دهد. يكي از تكنيك‌هايي كه به منظور گسترش ضريب وظيفه و بهبود كارايي مبدل در كاربردهاي بسيار كاهنده استفاده مي‌شود، كاهش ولتاژ خروجي مبدل است كه اين كار از طريق استفاده از خازن سري، سلف تزويج شده و يا سلف سروسط انجام مي‌شود. از ديگر روش‌هاي بهبود راندمان مبدل، استفاده از يكسوساز سنكرون به جاي دايود خروجي است كه با كاهش تلفات هدايتي باعث افزايش راندمان مبدل مي‌شود؛ با اين حال پيچيدگي مدار كنترل را به همراه دارد كه براي رفع اين مشكل ساختار مبدل باك با يكسوساز سنكرون خودتحريك معرفي شده است. به منظور كاهش ريپل جريان خروجي نيز ساختار درهم‌تنيده ارائه شده است كه درواقع با چندفاز شدن خروجي مبدل و اختلاف بين فازها، ريپل جريان خروجي كاهش مي‌يابد. گسترش ضريب وظيفه علاوه بر رفع مشكلات مطرح شده، باعث اثربخشي بيشتر ساختار درهم‌تنيده نيز خواهد شد. براي بهتر شدن ساختار مبدل‌ها، از تركيب ايده‌هاي مطرح شده نيز استفاده مي‌شود. همچنين تلاش مي‌شود طراحي مبدل‌ها به گونه‌اي باشد كه سادگي كنترل كليدهاي مبدل حفظ شود. در اين پژوهش، در ابتدا تعدادي از ساختارهاي بسيار كاهنده كه به منظور گسترش ضريب وظيفه و افزايش كارايي و راندمان مبدل معرفي شده‌اند مورد بررسي قرار گرفته و سپس دو نمونه مبدل بسيار كاهنده‌ي غيرايزوله‌ي جديد پيشنهاد شده است. مبدل بسيار كاهنده‌ي پيشنهادي اول، داراي عملكرد كليدزني نرم و جريان خروجي پيوسته است و بهره‌ي بسيار كاهنده را با تعداد المان كم و تنش ولتاژ پايين فراهم مي‌كند. در اين مبدل با استفاده از يك خازن موازي با كليد اصلي عملكرد كليدزني نرم براي هر دو كليد فراهم مي‌شود ضمن اينكه تنش ولتاژ روي كليدها برابر با ولتاژ ورودي مي‌باشد. همچنين، به علت هم‌پتانسيل بودن سورس و درين كليدهاي مبدل، امكان استفاده از راه‌انداز گيت بوت-استرپ فراهم است و نيازي به كنترل‌كننده‌هاي پيچيده نيست. جهت بررسي صحت عملكرد مبدل پيشنهادي اول يك نمونه‌ي آزمايشگاهي از آن ساخته شده و نتايج حاصل از آزمايش عملي آن ارائه شده است. بازده اين مبدل در توان نامي 80وات، برابر با 92/3درصد مي‌باشد. مبدل پيشنهادي دوم، درواقع ساختار درهم‌تنيده‌ي مبدل اول است كه ضمن حفظ ويژگي‌هاي آن، با دوفاز كردن خروجي مبدل، كاهش ريپل جريان خروجي انجام شده و بازده مبدل افزايش مي‌يابد. عملكرد اين مبدل با استفاده از شبيه‌سازي مورد بررسي قرار گرفته و نتايج حاصل از آن ارائه شده است. بازده اين مبدل در توان نامي 80وات، برابر با 93/7درصد مي‌باشد و ريپل جريان خروجي را تا 30درصد كاهش مي‌دهد. .در پايان نيز هركدام از مبدل‌هاي پيشنهادي با ساختارهاي معرفي شده مقايسه شده‌اند و ويژگي‌هاي آن‌ها مورد بررسي قرار گرفته است.

214971

الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان

حسين فرزانه‌فرد

حميدرضا كارشناس، محمد صدقي

احسان اديب