ارائه مبدل‌هاي بسيار افزاينده و فوق افزاينده بر پايه مبدل‌هاي امپدانسي با هدف بهبود بازده

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

برق

كارشناسي ارشد

امروزه نياز به سطح بهره ولتاژ بالا در بسياري از كاربردها مانند توليد انرژي الكتريكي از منابع تجديد‌پذير و برداشت‌گرهاي انرژي، خودروهاي برقي و منابع پالسيِ ولتاژ بالا باعث شده تا مبدل‌هاي افزاينده و بسيار افزاينده مورد توجه بيشتري قرار گيرند. استفاده از مبدل بوست پايه كه تنها از يك كليد قدرت، دايود خروجي و يك سلف در ورودي تشكيل شده، يك روش ساده براي افزايش سطح ولتاژ منبع ورودي است. هرچند مبدل بوست پايه به دليل ساختار ساده و پياده‌سازي آسان محبوب است؛ اما داراي محدوديت‌هايي نيز مي‌باشد. در اين مبدل تنها راه افزايش بهره ولتاژ افزايش ضريب وظيفه كليد اصلي مبدل است كه با افزايش بيش از حد ضريب وظيفه‌، تلفات مبدل و پيچيدگي كنترل افزايش مي‌يابد. همچنين براي انتقال يك توان مشخص به خروجي، با كاهش زمان انتقال توان به خروجي تنش جريان دايود خروجي به شدت افزايش مي‌يابد كه باعث تشديد اثر منفي بازيافت معكوس دايود خروجي و كاهش بازده مبدل مي‌شود. نياز به بهره‌هاي ولتاژ بالا و درعين‌حال بالا نگه‌داشتن بازده‌ي سيستم در برخي از كاربردها موجب شده است تا روش‌هايي براي افزايش بهره مبدل بوست به غير از افزايش ضريب وظيفه‌ي كليد مبدل ابداع شوند. در اين پژوهش ابتدا به بررسي روش‌هاي موجود براي افزايش بهره در مبدل‌هاي افزاينده مانند استفاده از خازن‌هاي كليد شده، سلول‌هاي چند برابركننده ولتاژ، سلف‌هاي كليد شده و مدارات بالابرنده ولتاژ، كوپلاژ مغناطيسي و مبدل‌هاي چندسطحي پرداخته‌شده است سپس عملكرد، مزايا و معايب هركدام از روش‌ها و ساختارهاي افزاينده‌ي مذكور بيان گشته است و در نهايت چهار ساختار بسيار افزاينده و فوق افزاينده با استفاده از ساختار منبع امپدانسي Y-source ارائه شده است. در مبدل اول با تركيب ساختار كوادراتيك با ساختار مبدل Y-source ضمن ايجاد يك مبدل فوق افزاينده با تنها يك كليد، تنش ولتاژ دايود‌هاي خروجي، كوادراتيك و كليد به شدت كاهش‌يافته همچنين با استفاده از كليدي با مقاومت هدايتي پايين و دايود‌هايي با ولتاژ‌هاي هدايتي كمتر، بازده مبدل بهبود پيدا كرده است. در نهايت نتايج شبيه‌سازي براي تأييد نتايج تئوري ارائه گشته‌اند. ساختار ارائه شده دوم نيز تركيب مبدل بوست با ساختار Y-source است كه باعث ايجاد بهره ولتاژ كوادراتيك بالا شده و همچنين با جايگزين‌كردن دايود كوادراتيك با كليد بوست علاوه بر ساده‌سازي مدار‌هاي گيت درايور، تلفات زياد ناشي از دايود كوادراتيك از بين رفته است. به‌علاوه، مقدار مؤثر جريان كليد ساختارY-source نيز با حذف دايود كوادراتيك كاهش‌يافته كه باعث بهبود بازده مبدل در توان‌هاي بالا شده است. در اين مبدل وجود مدار كلمپ با جذب انرژي سلف نشتي مانع از پرش ولتاژ بر روي كليد ساختار Y-source مي‌شود. در انتهاي اين فصل نتايج حاصل از شبيه‌سازي نيز براي تأييد نتايج تئوري به دست آمده براي مبدل ارائه شده است. از آنجايي كه يكي ديگر از منابع اتلاف توان بخصوص در فركانس‌هاي بالا تلفات كليدزني است دو مبدل ديگر با هدف كاهش تعداد عناصر و ايجاد شرايط كليدزني نرم براي مبدل پيشنهادي دوم ارائه شده‌ است. در هر دو ساختار‌ كليدهاي مبدل در شرايط ZVS روشن و خاموش مي‌شوند كه تلفات كليدزني را كاهش مي‌دهد. از طرفي با افزايش فركانس كليدزني مي‌توان با كاهش اندازه عناصر مغناطيسي، چگالي توان مبدل را افزايش داد همچنين هر دو مبدل داري بهره ولتاژ بالا و تنش ولتاژ پايين بر روي عناصر نيمه‌هادي خود مي‌باشند. در نهايت براي تأييد نتايج تئوري نتايج حاصل از شبيه‌سازي و پياده‌سازي مبدل‌ها نيز ارائه گرديده است.

225484

الكترونيك-مدارهاي مجتمع الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان