عنوان
بررسي و بهبود مبدل كاهنده ولتاژ با قابليت پياده‌سازي مجتمع
نويسنده اصلي
سنائي، علي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
برق
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
در سال‌هاي اخير، با پيشرفت چشمگير فناوري نيمه‌هادي‌ها، تقاضا براي منابع تغذيه سوئيچينگ كه قادر به تأمين توان پردازنده‌هاي مدرن، سيستم‌هاي حافظه و ساير مدارهاي مجتمع با كارايي بالا باشند، به شدت افزايش يافته است. اين كاربردها نيازمند مبدل‌هاي DC-DC هستند كه ولتاژ را با دقت و بازدهي بالا به سطوح بسيار پايين (اغلب كمتر از يك ولت) كاهش دهند و همزمان جريان‌هاي بالايي را تأمين كنند. مبدل باك، به دليل سادگي ساختاري و قابليت اطمينان، به عنوان يكي از رايج‌ترين ساختارهاي كاهنده غيرايزوله در اين حوزه شناخته مي‌شود. با اين حال، پياده‌سازي اين مبدل در محيط‌هاي با چگالي توان بالا با چالش‌هايي بنيادي مواجه است. لزوم كوچك‌سازي و فشردگي قطعات، طراحان را به استفاده از سلف‌هايي با ابعاد فيزيكي كوچك سوق مي‌دهد. اين سلف‌هاي فشرده، به دليل محدوديت‌هاي فيزيكي، به طور ذاتي داراي مقاومت داخلي بالاتري هستند. عبور تمام جريان بار از اين مقاومت داخلي، منجر به اتلاف توان قابل توجهي به شكل حرارت شده و در نتيجه، بازدهي كلي سيستم را به شدت كاهش مي‌دهد.
به منظور فائق آمدن بر اين محدوديت ذاتي و بهبود عملكرد مبدل‌هاي كاهنده، راهبردهاي نويني مبتني بر ساختارهاي چندمسيره توسعه يافته‌اند. ايده اصلي در اين ساختارها، تقسيم هوشمندانه جريان خروجي بين مسير سلفي اصلي و يك يا چند مسير كمكي خازني است كه به صورت موازي با آن قرار مي‌گيرند. اين رويكرد نه تنها بازدهي را به دليل كاهش مجذور جريان در مقاومت سلف بهبود مي‌بخشد، بلكه مزاياي ديگري نيز به همراه دارد. در اين ساختارها، ريپل جريان سلف به طور مؤثري در داخل ساختار حذف شده و از انتقال كامل آن به خروجي جلوگيري مي‌شود. همچنين، اين ساختارها قادرند با تأثير بر تعادل ولت-ثانيه سلف، نسبت كاهندگي ولتاژ مبدل را فراتر از محدوده مبدل باك پايه افزايش دهند.
در اين پايان‌نامه، پس از تحليل و مقايسه ساختارهاي موجود، يك مبدل كاهنده سه‌مسيره بهبوديافته معرفي و تحليل مي‌شود. ساختار پيشنهادي، ضمن بهره‌گيري از يك سلف منفرد به منظور حفظ چگالي توان بالا، از دو مسير انتقال انرژي خازني مجزا براي تأمين توان خروجي استفاده مي‌كند. اين طراحي، علاوه بر كاهش جريان متوسط و تنش الكتريكي وارد بر سلف، ميزان ريپل جريان تحويلي به بار را به شكل چشمگيري كاهش مي‌دهد. اين ويژگي، امكان استفاده از سلفي با اندوكتانس كمتر را فراهم كرده و در نتيجه به بهينه‌سازي بيشتر ابعاد، وزن و هزينه نهايي سيستم كمك مي‌نمايد.
نتايج شبيه‌سازي، عملكرد موفقيت‌آميز اين ساختار را به اثبات رساند. مبدل پيشنهادي در شرايط بار كامل به بازدهي برابر با 86 درصد دست يافت، در حالي كه اوج بازده آن به 94 درصد مي‌رسيد. اين نتايج در نقطه كاري نامي با ولتاژ ورودي 1.8 ولت، ولتاژ خروجي 0.67 ولت (به ازاي ضريب وظيفه 50 درصد) و فركانس كليدزني 1 مگاهرتز به دست آمد. دستيابي به اين سطح از عملكرد با استفاده از ساختاري متشكل از چهارده كليد نيمه‌هادي، چهار خازن مياني و تنها يك سلف، نشان‌دهنده چگالي توان بالا و استفاده بهينه از المان‌هاي پسيو در اين طرح است.
شماره ركورد
236222
گرايش رشته تحصيلي
مدارهاي مجتمع الكترونيك
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان