تحليل، بهبود و ساخت مبدل‌هاي رزونانسي با محدوده‌ تغييرات گسترده‌ي بار يا ولتاژ ورودي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

دكتري

امروزه محققان تلاش مي‌كنند تا جهت كاهش حجم و وزن مبدل‌هاي الكترونيك قدرت و بهبود چگالي توان آنها، فركانس كليدزني مبدل را افزايش دهند. در فركانس‌هاي بالا، وجود تلفات كليدزني و تلفات روشن شدن خازني كليدهاي مبدل، باعث كاهش بازده، افزايش حجم گرماگير مورد نياز و افزايش تداخل‌هاي الكترومغناطيسي مي‌شود. تاكنون روش‌ها و ساختارهاي متنوعي جهت ايجاد شرايط كليدزني نرم معرفي شده است. مبدل‌هاي رزونانسي يكي از مهم‌ترين خانواده مبدل‌هاي الكترونيك قدرت مي‌باشند كه در آن‌ها به‌دليل سينوسي يا شبه‌سينوسي بودن ولتاژ و جريان‌ كليدها، شرايط كليدزني نرم به‌صورت ذاتي و بدون استفاده از مدار يا المان كمكي پيچيده ايجاد مي‌شود. خانواده مبدل‌هاي رزونانسي شامل چند گروه مي‌باشد كه از مهم‌ترين آن‌ها مي‌توان به مبدل‌هاي رزونانسي پايه، مبدل‌هاي رزونانسي مبتني‌بر كلاس E، مبدل‌هاي شبه‌رزونانسي و مبدل‌هاي نوسانگر سوييچ شده اشاره نمود. در اين رساله، انواع مبدل‌هاي رزونانسي و روش‌هاي ارائه شده براي بهبود عملكرد آن‌ها و افزايش محدوده تغييرات بار و ولتاژ ورودي مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است و محدوديت‌هاي هر كدام بيان شده است. در ادامه‌ي رساله و در جهت بهبود محدوديت‌هاي مبدل‌هاي رزونانسي و افزايش محدوده تغييرات بار و ولتاژ ورودي، ساختارها و روش‌هاي جديدي پيشنهاد شده‌اند. در اين رساله، ابتدا يك شبكه‌ي شبه‌رزونانسي ارائه شده است كه با وجود داشتن ساختاري ساده، توانايي عملكرد در محدوده تغييرات بسيار گسترده‌ي ولتاژ ورودي را دارد و به‌منظور اثبات عملكرد مناسب اين مبدل، كاربرد اصلاح ضريب توان انتخاب شده است. مبدل شبه‌رزونانسي پيشنهادي از نظر تعداد المان، شرايط كليدزني نرم و تنش ولتاژ كليدها و دايودهاي مبدل نسبت به ساختارهاي مشابه برتري دارد. با وجود مزاياي بيان شده، اين مبدل داراي ايرادهايي نيز مي‌باشد كه در ادامه‌ تلاش شده تا با اصلاح شبكه‌ي رزونانس و بهبود مشخصات آن، دو نوع شبكه‌ي رزونانسي LCL-T و LCC با ويژگي‌هاي مطلوب براي استفاده در كاربردهاي با تغييرات گسترده‌ي بار و ولتاژ ورودي ارائه شوند. با ادغام شبكه‌ي LCC و ساختارهاي غيررزونانسي پايه، يك مبدل رزونانسي غيرايزوله‌ با ساختار تك‌مرحله‌اي نيمه‌كسكيد ارائه شده است كه داراي ويژگي‌هاي جريان خروجي ثابت و مستقل از تغييرات بار، كنترل فركانس ثابت، شرايط كليدزني نرم ZVS، تنش ولتاژ پايين المان‌ها و بازده مطلوب مي‌باشد و براي اثبات عملكرد مناسب اين ساختار در تغييرات وسيع بار، مبدل پيشنهادي براي استفاده در كاربرد راه انداز LED انتخاب شده است. در ادامه‌ي رساله و به منظور افزايش بيشتر محدوده تغييرات بار و ولتاژ ورودي، كاهش تعداد المان، كاهش تلفات هدايتي كليدهاي اصلي و بهبود بازده، تغييراتي در شبكه‌ي رزونانسي و ساختار مدار اعمال شده است. در مبدل پيشنهادي نوع LCL+C، با استفاده از تنها يك كليد كمكي، امكان كنترل جريان خروجي به صورت فركانس ثابت فراهم شده است. در ادامه، با تلفيق شبكه‌ي LCL+C و مبدل بوست تاتم‌پل، يك مبدل رزونانسي تك‌مرحله‌اي با توانايي عملكرد در محدوده تغييرات بسيار گسترده‌ي ولتاژ ورودي پيشنهاد شده است. به دليل داشتن ويژگي جريان خروجي ثابت و براي اثبات عملكرد مناسب مبدل پيشنهادي، كاربرد تلفيقي اصلاح ضريب توان و راه‌انداز LED براي اين منظور انتخاب شده است. در پايان يك مبدل رزونانسي تك‌مرحله‌اي ايزوله بر پايه‌ي شبكه‌ي CLLC پيشنهاد شده است كه توانايي استفاده‌ي بهينه از المان‌هاي پارازيتي ترانسفورمر و در نتيجه كاهش تعداد المان را نيز دارد. در هر فصل، عملكرد ساختارهاي پيشنهادي و تحليل‌هاي تئوري مورد نياز براي طراحي به‌طور كامل ارائه شده‌اند و يك نمونه آزمايشگاهي از هر مبدل نيز براي اثبات عملكرد مبدل و صحت تحليل‌هاي تئوري، پياده سازي شده است. در پايان هر فصل مبدل‌هاي رزونانسي پيشنهادي با ساختارهاي مشابه و به‌روز از لحاظ عملكرد مقايسه شده‌اند و در پايان رساله، پيشنهادهايي براي ادامه‌ي تحقيق ارائه شده است.

227884

الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان