مبدل بسيار كاهنده تك سوييچه مبتني بر مبدل زتا با ريپل جريان خروجي بسيار كم

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

در يك دهه اخير انرژي الكتريكي، به عنوان يك انرژي گسترش‌پذير اهميت بسيار زيادي پيدا كرده‌است. اين انرژي نه تنها به توسعه فناوري كمك شاياني كرده‌است؛ بلكه در صنعت و همچنين استفاده‌هاي خانگي نقش مهمي دارد. مبدل‌هاي الكترونيك قدرت وظيفه تامين ولتاژ تغذيه در اين تجهيزات را به عهده دارند و در كاربردهاي مختلف مورد استفاده قرار مي‌گيرند. شارژر باطري‌ها، منابع تغذيه بي‌وقفه و درايور ال‌اي‌دي ها همگي جزو كاربردهايي هستند كه به ولتاژهاي بسيار سطح پايين نياز دارند و به اين علت، ساختارهاي بسيار‌كاهنده توجه بسيار زيادي را به خود جذب كرده اند. در ولتاژهاي پايين، اين مبدل‌ها بايد استانداردها و ملزومات چالشي و مهمي را برآورده كنند تا بتوان از آن ها در كاربردهاي زيادي استفاده كرد. تعداد كم المان‌‌‌‌هاي نيمه‌هادي، ريپل كم جريان خروجي، حجم و وزن كم، ساختار ساده، كنترل آسان و بازده بالا از اين جمله الزامات هستند و روش‌هاي مختلفي، براي رسيدن به آن‌ها وجود دارد. استفاده از ترانسفورمر براي كاهش دادن بهره يكي از اين روش‌ها است؛ اما در مواقعي كه ايزولاسيون مورد نياز نيست، اين روش باعث افزايش وزن، حجم و هزينه مدار مي‌شود. مي‌توان از مبدل‌هاي كاهنده براي كاهش بهره به صورت پشت سرهم استفاده كرد؛ ولي اين كار باعث كاهش بازده ساختار مي‌شود. به منظور جلوگيري از كاهش بازده، مي‌توان دو ساختار را با هم توسط يك كليد ادغام كرد؛ هرچند تنش ولتاژ و جريان اين روش بالاست. از ديگر روش‌ها مي‌توان به استفاده از خازن سري‌شده يا خازن كليدزني‌شده اشاره كرد. يكي از روش‌هاي موثر در مبدل‌هاي بسيار‌كاهنده، استفاده از سلف‌هاي تزويج‌شده ‌است كه توانايي بالقوه كليدزني نرم را نيز به ساختار مي‌دهد. در اين پايان‌نامه، يك مبدل غير ايزوله بسيار‌كاهنده پيشنهاد داده شده ‌است كه از مبدل زتا مشتق گرفته شده است و با استفاده از روش سلف‌هاي تزويج‌شده بهره بسيار پاييني را فراهم مي‌كند. هرچند اين مبدل شبيه به مبدل زتا است؛ اما بسيار متفاوت با آن عمل مي‌كند. در واقع با كاهش اندازه خازن مياني در مبدل زتا، كليدزني نرم براي كليد اصلي، هم در زمان روشن شدن و هم خاموش شدن، فراهم شده ‌است و در بازه وسيعي از توان خروجي صادق است. اين مبدل از حداقل المان‌ مغناطيسي و نيمه‌هادي استفاده مي‌كند و در ساختار آن فقط يك كليد، يك ديود و يك هسته مغناطيسي قرار دارد. به همين دليل ساختار داراي وزن و حجم بسيار كمي است و چگالي توان بالايي دارد. همچنين اين ساختار را مي‌توان به سادگي طراحي كرد. برعكس ساختارهاي مشابه، بهره مبدل پيشنهادي هم با تغيير ضريب‌وظيفه و هم فركانس كليدزني و هم مقدار المان‌هاي مدار عوض مي‌شود. براي افزايش هرچه بيشتر بازده، ديود با يكسوساز همزمان جايگزين شده ‌است. چون ولتاژ هدايتي يك ديود از ماسفت هم‌رده خود بيشتر است، اين جايگزيني بازده ساختار را افزايش مي‌دهد. تنها ايراد اين مبدل ريپل زياد جريان خروجي آن است كه تلاش شده است آن نيز بهبود يابد. به اين منظور يك سلول كاهش ريپل جريان به خروجي اضافه مي‌شود كه باعث مي‌شود جرياني با ريپل بسيار كم براي خروجي تامين شود. اين سلول به صورت موازي با بار خروجي قرار مي‌گيرد و شامل يك خازن بزرگ و يك شاخه از سلف‌هاي تزويج‌شده ‌است. اين افزونه ساختار را پيچيده نمي‌كند‌ و بازده را كاهش نمي‌دهد. با بررسي بازده اين ساختار، در تمام بازه توان خروجي، بازده اين مبدل بيشتر از 96 درصد باقي مي‌ماند.

222740

مدارهاي مجتمع الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان