طراحي مجتمع مبدل كاهنده كليد-خازني رزونانسي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

الكترونيك

كارشناسي ارشد

موبايل هاي پيشرفته، دستگاه هاي پوشيدني و اينترنت اشياء، به دليل محدوديت در اندازه و همچنين اهميت طول عمر باتري در طولاني مدت به مبدل هاي توان با چگالي توان و بازده بالا كه به صورت مدار مجتمع پياده سازي شوند، نياز دارند تا انرژي را از باتري ليتيوم يوني به چندين بلوك عملكردي برسانند. يكي از چالش هاي اصلي در بحث پياده سازي و ساخت مبدل ها، انتخاب فركانس كليدزني مبدل است، چرا كه با افزايش فركانس كليدزني، اندازه المان هاي ذخيره كننده انرژي كاهش مي يابد، اما مي تواند منجر به افزايش تلفات شود. با توجه به اينكه مدار رزونانس سري قابليت ايجاد كليدزني نرم در ولتاژ صفر و جريان صفر را براي تمام كليدها در روشن و خاموش شدن دارد، مي توان از اين مدار براي پياده سازي در مدار مجتمع به منظور كاهش تلفات كليدزني، استفاده نمود. انتخاب بين اين دو روش نيازمند بررسي دقيق آن ها از ديدگاه تلفات در شرايط كاري مختلف است. تمركز اصلي اين پايان نامه، ارائه يك مدل جامع براي محاسبه تلفات كل مبدل رزونانس سري است. پژوهش هايي كه در زمينه مدل سازي رفتار حالت گذرا ترانزيستور انجام شده است، براي كاربرد مدارهاي گسسته بوده كه در ولتاژهاي بالا و فركانس هاي پايين مدل سازي انجام شده است. لذا حالت هاي خاصي كه در ولتاژهاي پايين و فركانس هاي بالا رخ مي دهد و پياده سازي به صورت مجتمع باشد، مورد بررسي قرار نگرفته است. در اين پايان نامه به بررسي و مدل سازي حالت گذرا ترانزيستور در دو روش كليدزني نرم در كاربردهاي كم توان كه به صورت مدار مجتمع پياده سازي مي شوند، پرداخته شده است. طبق نتايج به دست آمده بر خلاف تصور در كليدزني در ولتاژ صفر، ديود بدنه ترانزيستور در زمان مرده، روشن نمي شود، بلكه خود ترانزيستور روشن شده و جريان منفي را از خود عبور مي دهد كه اين امر مدل سازي حالت گذرا را متفاوت از كارهاي انجام شده مي كند. همچنين در مدل سازي كليدزني در جريان صفر در كاربردهاي گسسته ولتاژ درين-سورس در بازه هايي، ثابت در نظر گرفته مي شود كه اين امر به دليل پايين بودن ولتاژ هاي خروجي در كاربردهاي مدار مجتمع، مورد اهميت قرار مي گيرد و خطا مدل سازي را تا حدود 30 درصد افزايش مي دهد كه در اين پايان نامه به بهبود مدل سازي كليدزني در جريان صفر نيز پرداخته شده است. چالش ديگر محاسبه تلفات هدايتي مدار است كه در شرايط كليدزني در جريان صفر، مبدل در حوزه زمان تحليل شده و جريان سلف محاسبه شده است. همچنين با تحليل مبدل در كليدزني در ولتاژ صفر با تئوري مبتني بر لاپلاس، روابط مربوط به جريان و ولتاژ تانك رزونانس محاسبه شده است. همچنين با استفاده از اين تحليل، شرايط كليدزني نرم در توان هاي مختلف مورد بررسي قرار گرفته است. يكي ديگر از چالش هاي اصلي در بحث پياده سازي و ساخت مبدل ها، انتخاب بهينه عرض ترانزيستور مي باشد كه در اين پايان نامه با استفاده از روابط محاسبه شده براي تلفات كل مدار، اين امر ميسر شده است. در نهايت مبدل كليد-خازني رزونانسي پايه، در دو حالت كليدزني نرم در ولتاژ صفر و جريان صفر مورد بررسي قرار گرفته است. در اين بررسي پارامترهاي مختلف مدار مانند ولتاژ ورودي، فركانس رزونانس تانك LC و اندازه جريان خروجي مبدل نيز تغيير داده شد و اثر آن ها بر روي مقدار بازده مبدل بررسي شد.

225595

مدارهاي مجتمع

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان