عنوان
بهينه‌سازي مساحت قطعات غيرفعال مبدل كليد-خازني-تركيبي مجتمع
نويسنده اصلي
بمانعلي زاده عطاآبادي، حسين
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي برق
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
استفاده از تجهيزات الكترونيكي در سطوح مختلف زندگي فراگير شده است و به جزء جدايي‌ناپذيري از زندگي روزمره تبديل شده‌اند. تنوع تجهيزات با كاربردهاي متفاوت سبب شده كه بحث تأمين توان مورد نياز اين تجهيزات به چالشي براي مهندسين برق تبديل شود. به لطف تحقيق و توسعه مداوم در دهه‌هاي گذشته امكان استفاده از مبدل‌هاي توان با قابليت اطمينان بالا و هزينه پايين در تجهيزات مرسوم فراهم شده است. تقريباً در همه تجهيزات الكترونيكي، واحدي براي مديريت و پردازش توان موجود است كه وظيفه آن تأمين سطوح مختلف ولتاژ براي مصرف‌كننده‌هاي مختلف در مدار است. در سال‌هاي اخير، كاربردهاي متنوعي با چالش‌هاي طراحي پديدار شده‌اند كه به دليل محدوديت در ابعاد پياده‌سازي يا مصرف جريان بسيار بالا، نياز به مبدل‌هاي توان با چگالي انرژي بالا دارند كه مبدل‌هاي مرسوم قادر به برآورده كردن اين نياز نيستند. ساختارهاي متفاوتي براي مبدل‌هاي توان در دسترس است كه متناسب با ويژگي‌هاي موردنياز، ساختار مناسب انتخاب مي‌شود. قطعات غيرفعال فضاي قابل توجهي از مبدل توان را به خود اختصاص مي‌دهند، لذا استفاده بهينه از قطعات غيرفعال مي‌تواند سبب كاهش حجم كلي مبدل و افزايش چگالي انرژي مبدل شود. با توجه به اينكه به صورت ذاتي چگالي انرژي خازن از سلف بزرگ‌تر است، استفاده از خازن مي‌تواند سبب كاهش فضاي موردنياز قطعات غيرفعال شود. ساختار مبدل كليد-خازني علي‌رغم حجم كمتر قطعات غيرفعال و بازده بالا در نسبت تبديل ثابت، تنظيم‌كنندگي ولتاژ خوبي در خروجي ندارند و با تغيير بار خروجي، بازده كاهش مي‌يابد. ساختار كليد-خازني-تركيبي مزاياي هر دو مبدل پايه مغناطيسي و مبدل كليد-خازني را در خود گنجانده است. اضافه شدن سلف انعطاف بيش‌تري در طراحي فراهم مي‌‌كند. با محاسبه انرژي ذخيره شده موردنياز در قطعات غيرفعال و استفاده از چگالي انرژي آن‌ها، مي‌توان رابطه‌اي بين ظرفيت و حجم قطعات غيرفعال به دست آورد و به كمك آن حجم قطعات غيرفعال براي طراحي مبدل را بهينه ساخت. به دليل گسترده‌تر شدن استفاده از مدارهاي مجتمع، پياده‌سازي تمام مجتمع واحد مديريت و پردازش توان با ساير قسمت‌هاي مدار مجتمع سبب افزايش سرعت پاسخ‌دهي سيستم و همچنين بهره‌مندي از مزاياي مجتمع‌سازي مي‌شود. چالش اصلي در پياده‌سازي تمام مجتمع مبدل‌هاي توان، قطعات غيرفعال هستند، چرا كه براي پياده‌سازي آن‌ها بايد از لايه‌هاي موجود در فناوري ساخت كمك گرفت. از آن‌جايي كه فناوري‌هاي ساخت براي پياده‌سازي قطعات غيرفعال بهينه نشده‌اند، لذا پياده‌سازي مجتمع قطعات غيرفعال، ضريب كيفيت اين قطعات را كاهش مي‌دهد. از اين رو انتخاب مقادير مناسب سلف و خازن جهت عملكرد صحيح مبدل در كمترين فضاي ممكن بسيار حائز اهميت است. در اين پژوهش ابتدا ساختارهاي مختلف پياده‌سازي مجتمع خازن و سلف مورد بررسي قرار گرفته و در نهايت با توجه به ويژگي‌هاي مبدل، ساختار مناسب براي پياده‌سازي خازن و سلف انتخاب شده است و روابط ظرفيت و مساحت مورد نياز اين قطعات محاسبه شده است. براي ارزيابي مدل ارائه شده براي سلف، از شبيه‌سازي الكترومغناطيسي استفاده شده است. با درنظر گرفتن روابط ميان ظرفيت و مساحت قطعات غيرفعال و شروط عملكرد صحيح مبدل، روشي جهت انتخاب ظرفيت مناسب خازن و سلف براي بهينه‌سازي مساحت كل قطعات غيرفعال ارائه شده است. در پايان نيز مساحت قطعات غيرفعال مبدل كليد-خازني-تركيبي با مبدل باك در شرايط يكسان مورد مقايسه قرار گرفته است. همچنين اثر تلفات سلف در بهينه‌سازي مساحت قطعات غيرفعال نيز بررسي شده است.
شماره ركورد
224399
گرايش رشته تحصيلي
الكترونيك- مدارمجتمع
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان