مبدل هاي بسيار كاهنده كليدزني نرم با استفاده از سلف تزويج شده

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

برق

كارشناسي ارشد

در جهان امروز ولتاژ‌هاي پايين در صنعت جذابيت زيادي پيدا كرده به‌نحوي‌كه اغلب تجهيزات خانگي كوچك، باتري شارژر‌ها، خودروهاي برقي و رايانه‌ها و... از ولتاژ‌هاي پايين به‌عنوان تغذيه استفاده مي‌كنند. در نتيجه مشكل تأمين توان تجهيزاتي كه با ولتاژ‌هاي پايين كار مي‌كنند نيز اهميت زيادي پيدا كرده است. براي ايجاد ولتاژ‌هاي پايين لازم است كه توسط يك مبدل، ولتاژ با سطح بالا را به ولتاژ با سطح پايين تبديل كنيم كه اين كار توسط مبدل‌هاي كاهنده صورت مي‌پذيرد. مبدل‌هاي كاهنده انواع مختلفي دارند. ساده‌ترين مبدل كاهنده، مبدل باك است. اين مبدل به دليل ساختار ساده و هزينه ساخت كم، طرف‌داران بسياري را پيدا كرده است. اما اين ساختار مناسب كاهش بسيار زياد ولتاژ نيست چرا كه از طرفي تلفات هدايتي و كليد‌زني آن زياد است و از طرف ديگر ضريب وظيفه بسيار باريك خواهد شد. باريك شدن ضريب وظيفه به اين معني است كه مدت‌زمان انتقال توان به خروجي به‌شدت كاهش مي‌يابد كه اين موضوع تنش ولتاژ و جريان بسيار زيادي را به كليد مبدل تحميل مي‌كند؛ بنابراين در اين تحقيق به معرفي روش‌هايي پرداخته مي‌شود كه علاوه بر بهبود مشكلات كليد‌زني سخت مبدل باك، عمل كاهش بسيار زياد ولتاژ را نيز انجام بدهند. ازاين‌رو در فصل اول، ابتدا به معرفي مبدل باك پايه‌ پرداخته شده و مشكلات آن براي كاهش بسيار زياد ولتاژ مطرح مي‌شود و پس از آن يكي از روش‌هاي كليد‌زني نرم بيان مي‌شود. در فصل دوم، روش‌هاي مقدماتي براي رسيدن به كاهش بسيار زياد ولتاژ بررسي مي‌شود كه اين روش‌ها ايده اوليه بسياري از مدار‌ها در زمينه كاهش بسيار زياد ولتاژ هستند. در ادامه اين فصل، به مدارهايي پرداخته مي‌شود كه ايده ‌آن‌ها الهام‌گرفته شده از روش‌هاي مقدماتي يا تركيب شده و ادغام‌شده‌ي چند روش از روش‌هاي بيان شده است. در فصل سوم مبدل پيشنهادي اول ارائه شده است. اين فصل يك مبدل dc-dc غير ايزوله با راندمان 95/55 درصد را معرفي مي‌كند كه براي كاربردهايي با كاهش بسيار زياد ولتاژ، مانند دستگاه‌هاي تغذيه شونده با باتري مناسب است. ساختار پيشنهادي با تركيب خازن‌هاي كليدزني شده و يك اسنابر غيرفعال جديد بدون تلفات به همراه سلف‌هاي كوپل شده، امكان كليدزني با جريان صفر در لحظه روشن‌شدن و ولتاژ صفر در لحظه خاموش‌شدن را فراهم مي‌سازد. اين ويژگي‌ها منجر به كاهش تلفات كليدزني و بهبود عملكرد كلي مدار مي‌شوند، درحالي‌كه تنها از يك كليد قدرت در ساختار استفاده شده است. يك نمونه آزمايشگاهي با مشخصات 300 ولت به 24 ولت و توان 120 وات، با فركانس كاري 100 كيلوهرتز طراحي و آزمايش شده است. نتايج عملي، ويژگي‌هاي كليدزني نرم را تأييد كرده و راندمان بالاي مبدل را نشان مي‌دهند. در فصل چهارم مبدل پيشنهادي دوم ارائه شده است. اين مبدل نسبت به مبدل قبلي يك كليد و يك خازن اضافه‌تر دارد؛ اما در عوض كليدزني نرم بهتري را ادامه مي‌دهد و مشكلات ناشي از روشن‌شدن خازني كليد را رفع كرده است. تمام كليد‌هاي اين مبدل به‌صورت كليد‌زني نرم كار مي‌كنند و بازده اين مبدل نسبت به مبدل قبل افزايش داشته و به مقدار 95/79 درصد رسيده‌است. در اين مبدل مشكلات ناشي از ضريب وظيفه باريك مبدل‌هاي بسيار كاهنده تا حد زيادي رفع شده است و مي‌توان با ضرايب وظيفه‌ي بيشتري به كاهش بسيار زياد ولتاژ دست‌يافت. مبدل پيشنهادي دوم با مشخصات 300 ولت به 24 ولت و توان 120 وات، با فركانس كاري 100 كيلوهرتز طراحي مي‌شود. باتوجه به اينكه مشكلات ناشي از كليدزني سخت در هر دو مبدل ارائه شده به شيوه مناسبي حل شده، مي‌توان فركانس كليدزني را افزايش داد تا از حجم مدار و هزينه كاسته شود. در هر دو مبدل پيشنهادي با در نظر گرفتن بهره 0/08، براي مبدل پيشنهادي دوم ضريب وظيفه برابر 0/276 شده و ضريب وظيفه مبدل پيشنهادي اول برابر 0/25 مي‌شود كه در باك عادي براي رسيدن به اين بهره ضريب وظيفه بايد برابر 0/08 باشد. در فصل آخر نتيجه‌گيري و پيشنهادها مبتني بر تحقيق صورت‌گرفته ارائه مي‌شود.

235680

الكترونيك مدار مجتمع

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان