مبدل هاي بسيار كاهنده كليدزني نرم نوع باك با جريان خروجي پيوسته

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

برق

كارشناسي ارشد

با پيشرفت تكنولوژي و گسترش روز افزون كاربرد مبدل هاي بسيار كاهنده DC-DC در صنايع مختلف، لزوم استفاده از ساختارهاي بهبود يافته در جهت افزايش بازده و عملكرد اين مبدل ها، امري حياتي به شمار مي رود. از جمله كاربردهاي بسيار مهم اين مبدل ها مي توان به استفاده در مراكز داده اشاره كرد. واحدهاي پردازنده مركزي (CPU)، از جمله قطعاتي هستند كه توان مصرفي بالايي در مراكز داده دارند. به همين دليل، استفاده از مبدل هاي تنظيم كننده ولتاژ (VRM) با بازده و كارايي بالا به عنوان منبع تغذيه براي CPUها امري ضروري است. از ديگر كاربردهاي مهم اين مبدل ها، استفاده در خودروهاي الكتريكي (EV) به منظور تامين توان موتور و تجهيزات جانبي است. يكي از دلايل مورد توجه قرار گرفتن اين نوع خودروها كاهش آلودگي زيست محيطي ناشي از سوخت هاي فسيلي است. با توجه به موارد ذكر شده، استفاده از مبدل هاي بسيار كاهنده با بازده بالا مورد توجه ويژه قرار گرفته است. استفاده از مبدل هاي كاهنده پايه در چنين كاربردهايي، مشكلاتي به همراه دارد. از جمله اين مشكلات مي توان به كليدزني تحت شرايط سخت و نياز به پالس گيت باريك در كاربردهاي بسيار كاهنده اشاره كرد كه سبب افزايش هزينه مدار كنترل، افزايش تنش جريان المان هاي مبدل و در نتيجه كاهش بازده مبدل مي شود. به همين دليل در سال هاي اخير سعي بر آن بوده است كه با استفاده از تكنيك هايي همچون سلف تزويج شده و خازن سري، بر مشكلات ذاتي مبدل هاي كاهنده پايه غلبه گردد. از جمله مزاياي مبدل هاي بسيار كاهنده بهبود يافته مي توان به كليدزني تحت شرايط نرم، گسترش ضريب وظيفه و كاهش تلفات هدايتي اشاره كرد. هدف از اين پژوهش، در ابتدا بررسي مبدل هاي بسيار كاهنده معرفي شده اخير و مشخص نمودن مزايا و معايب هر يك و سپس ارائه مبدلي است كه علاوه بر ايجاد شرايط كليدزني نرم و گسترش ضريب وظيفه، پيوستگي جريان خروجي در آن نيز تامين شده باشد و همچنين تلفات هدايتي را نيز كاهش داده باشد. به همين منظور در فصل دوم تعدادي از مبدل هاي بسيار كاهنده معرفي شده اخير تحليل شده است. سپس در فصل سوم، مبدلي ارائه شده است كه علاوه بر نرخ كاهندگي بالا، انتقال توان به خروجي را از دو مسير انجام مي دهد. همين امر سبب مي شود كه تلفات هدايتي دايودها و سيم پيچ هاي مبدل كاهش چشم گيري داشته باشد. از طرفي جريان خروجي اين مبدل پيوسته بوده و مشكلاتي مانند نويز ولتاژ خروجي و تداخلات الكترومغناطيسي (EMI) در خروجي اين مبدل به حداقل خواهد رسيد. همچنين قابليت استفاده از تكنيك بوت استرپ به منظور درايو گيت ماسف كليدها در اين مبدل وجود دارد و نيازي به استفاده از مدار كنترل با تغذيه ايزوله براي درايو كليدها نيست. با هدف كاهش ريپل جريان خروجي و همچنين كاهش دوچندان تلفات هدايتي در جريان هاي بالا، مبدل پيشنهادي دوم در فصل چهارم ارائه شده است. اين مبدل علاوه بر داشتن مزاياي مبدل پيشنهادي اول، به دليل دو فاز بودن خروجي، تلفات هدايتي كم تري در جريان هاي خروجي بالا خواهد داشت. بنابراين، استفاده از اين مبدل در كاربردهاي توان بالا و با جريان دهي بالا، بازده بالاتري خواهد داشت. اين دو مبدل از نظر تئوري تحليل شده، عملكرد هر يك مورد بررسي قرار گرفته و روابط مربوطه در هر فصل ارائه شده است. همچنين شبيه سازي اين دو مبدل انجام گرديده و سايز المان هاي مغناطيسي و خازن هاي مبدل اول با ساير مبدل ها مقايسه شده است. به منظور تاييد صحت عملكرد مبدل پيشنهادي اول، يك نمونه آزمايشگاهي با ولتاژ ورودي V 400 و ولتاژ خروجي V 24 براي توان خروجي W 200 پياده سازي شده است كه بازده 96/55 درصدي در بار نامي دارد. همچنين به منظور تاييد صحت عملكرد مبدل پيشنهادي دوم، يك نمونه آزمايشگاهي با ولتاژ ورودي V 400 و ولتاژ خروجي V 24 براي توان خروجي W 400 پياده سازي شده است كه بازده 96/6 درصدي در بار نامي دارد.

225838

مدار هاي مجتمع الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان