افزايش گستره بهره ولتاژ و بازده در مبدلهاي رزونانسي فركانس ثابت

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

برق

دكتري

مبدل‌هاي رزونانسي به دليل مزاياي قابل توجهي نظير بازده بالا، فركانس كليدزني بهينه و چگالي توان زياد، بسيار محبوب هستند. با اين حال، اين مبدل‌ها با چالش‌هايي از جمله گستره وسيع فركانس كليدزني در كاربردهاي با بهره‌ ولتاژ گسترده مواجه‌اند. هدف اين رساله بهبود عملكرد مبدل‌هاي رزونانسي با رفع محدوديت‌هاي مربوط به گستره بهره‌ ولتاژ، عملكرد در فركانس كليدزني ثابت، افزايش بازده و كليدزني نرم در شرايط تغييرات وسيع بهره‌ ولتاژ و بار است. اين تغييرات شامل ولتاژ خروجي ثابت و جريان خروجي ثابت در برابر تغييرات وسيع ولتاژ ورودي و بار مي‌باشد. در فصل اول، مقدمه‌اي بر لزوم و اهميت موضوع اين رساله ارائه شده و در فصل دوم، ساختارهاي مختلف مبدل‌هاي رزونانسي پايه و مبدل‌هاي رزونانسي با فركانس ثابت بررسي مي‌شوند. همچنين، روش‌هاي ارائه شده براي حل محدوديت‌هاي آن‌ها در كاربردهاي با تغييرات گسترده ولتاژ ورودي و بار مطرح خواهند شد. فصل سوم به ارائه يك مبدل رزونانسي سري ادغام شده با يك مبدل پايه سپيك اختصاص دارد كه قادر به جبران تغييرات در ولتاژ ورودي و بار و توليد يك ولتاژ خروجي ثابت در يك فركانس كليدزني ثابت است. اين ساختار بيشتر براي كاربردهايي با ولتاژ خروجي ثابت مناسب است، اما در مواردي با جريان خروجي ثابت كارايي كمتري دارد. به همين جهت، در فصل‌هاي چهارم و پنجم، ساختارهاي پيشنهادي ديگري بر اساس شبكه رزونانس LCC ارائه مي‌شود كه امكان توليد جريان خروجي ثابت را با استفاده از قابليت‌هاي ذاتي اين شبكه رزونانس دارند. براي ارتقاء عملكرد مبدل‌ها و توانايي كاركرد بيشتر با گستره وسيع ولتاژ ورودي، در فصل‌هاي چهارم و پنجم، مبدل‌هاي LCC با مبدل‌هاي پايه PWM تركيب شده‌اند. علاوه بر اين، در فصل پنجم، با به كارگيري روش پردازش توان جزئي، بازدهي بالاتري نسبت به ساختارهاي قبلي حاصل مي‌شود. فصول ششم، هفتم و هشتم با تمركز بر مبدل‌هايي كه قابليت ايجاد هر دو حالت ولتاژ ثابت (CV) و جريان ثابت (CC) را دارند، پيشنهاد مي‌شوند. مبدل رزونانسي فصل ششم شامل يك شبكه رزونانس دوگانه و يك كليد تغيير وضعيت است. در فصل هفتم، براي ساده‌سازي بيشتر، ساختار فصل ششم به گونه‌اي تغيير يافته كه امكان جايگزيني كليد تغيير وضعيت از حالت CC به CV، با استفاده از دو ماسفت به يك ماسفت فراهم شود. فصل هشتم به معرفي ساختاري اختصاص دارد كه بدون نياز به كليد تغيير وضعيت، به‌طور خودكار از حالت CC به حالت CV منتقل مي‌شود. در همه‌ ساختارهاي پيشنهادي، شبكه رزونانس به كليدزني نرم در ولتاژ صفر براي المان‌هاي نيمه‌ هادي اينورتر و كليدزني نرم در جريان صفر براي المان‌هاي نيمه‌ هادي يكسوكننده در شرايط تغييرات وسيع ولتاژ ورودي و بار كمك مي‌كند. به دليل عملكرد در فركانس رزونانس، خروجي مبدل‌هاي پيشنهادي مستقل از بار است و تلفات گردشي ناشي از عملكرد در فركانس‌هاي دور از فركانس رزونانس به حداقل مي‌رسد. همچنين، هر هفت مبدل پيشنهادي از مزيت سادگي ساختار و تعداد المان كم برخوردارند. در ادامه رساله، حالت‌هاي مختلف مبدل‌هاي پيشنهادي معرفي و مورد بررسي قرار مي‌گيرند. مبدل‌هاي پيشنهادي با استفاده از آناليز مناسب طراحي و شبيه‌سازي شده‌اند. به منظور تأييد عملكرد، يك نمونه‌ ساخت از مبدل‌ها ارائه و نتايج آن با نتايج تئوري و شبيه‌سازي مقايسه شده‌اند. در پايان، نتايج حاصل از مبدل‌هاي پيشنهادي با نتايج مبدل‌هاي ارائه شده در مجلات معتبر مقايسه مي‌شود تا تأثير ايده‌هاي پيشنهادي در بهبود مبدل‌هاي رزونانسي به خوبي روشن گردد.

231565

الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان