بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارائه یک مبدل dc-dc جدید بر پایه مبدل KY با ضریب افزایندگی بالا
چکیده - در این مقاله یک مبدل جدید بر پایه مبدل KY با ضریب
بهره بالا پیشنهاد داده شده است. بهره این مبدل بالاتر از بوست معمولی می باشد که باعث می شود این مبدل برای کاربردهایی که نیاز به مبدل های بهره بالا باشد مناسب باشد و به خاطر ضریب بهره بالا، این مبدل در ناحیه وسیعی کار می کند و با دیوتی سایکل برابر، بهره بیشتری نسبت به بوست معمولی می تواند داشته باشد. در این مقاله ضمن ارائه مدهای مختلف کاری مبدلKY محاسبات مربوط به بهره، جریان های عناصر و بازده پرداخته شده است. در پایان برای نشان دادن درستی محاسبات و عملکرد صحیح مبدل پیشنهادی نتایج شبیه سازی در نرم افزار Matlab آورده شده است.
-1 مقدمه
مبدل های بهره بالا به طـور گسـترده در صـنعت بکـار مـی روند. در سیستم های UPS و انرژی خورشیدی از مبدل هـای بـا ضریب افزایندگی بالا استفاده می شود. مبدل هـایی ماننـد بـاک بوست و بوست معمولی ولتاژ پائین را بـه ولتـاژ بـالا تبـدیل مـی کنند که می تواند در سیستم های UPS و انرژی خورشیدی بکار رود .[1] ولی مبدل بوست معمولی به طور نظـری مـی توانـد در دیوتی سایکل زیاد ضریب بهره بالا داشته باشـد و در عمـل بهـره ولتاژ با استرس دیود ها و کلید ها و مقاومت سری معـادل سـلف ها و خازن ها محدود می شـود و باعـث ایجـاد جریـان بازگشـتی معکوس دیود و اینترفیس مغناطیسـی مـی شـود و بـازده مبـدل کاهش می یابد .[2-4] به همین دلیل بوست معمولی بهره بالایی
ندارد. در سال های اخیر چنـدین روش افـزایش ولتـاژ پیشـنهاد داده شده است که شامل چندین سـلف مـی باشـد کـه انـرژی را ذخیره و سپس آن را به سمت خروجی مبـدل مـی فرسـتند -6] .[5
مبدل های ایزوله شده مانند فوروارد، فلای بک، پـوش پـول می توانند با استفاده از ترانسفورماتور بهره بالایی را بدست آورنـد اما کلید های این مبدل ها از ولتاژ بالا آسیب می بیند .[7] بـرای حل این مشکل از یک مدار اسنابر و اکتیـو کلمـپ اسـتفاده مـی شود که باعث افزایش قیمت مبدل می شود. اضافه کردن کلیـد و دیود از یک طرف باعث افزایش هزینه می شود اما از طرف دیگـر باعث بازیابی انرژی و افـزایش بـازده مبـدل و نیـز افـزایش بهـره مبدل می شود .[8] در [9] یک مبـدل بـاک بوسـت بـا ترکیـب مبدل KY و مبدل باک پیشنهاد داده شده است و بیشترین بهره
این مبدل دو می باشد. محققان تاکنون سـاختار هـای زیـادی را پیشنهاد داده اند .[10] در این مقاله یک مبـدل جدیـد بـر پایـه KY با ضریب بهره بالا پیشنهاد داده شده است که ضـریب بهـره بالاتر از مبدل KY معمولی که در شکل )1الف) نشان داده شـده است دارد. لازم به توضیح اسـت کـه مبـدل KY معمـولی دارای ضریب بهره 1 D می باشد.
2 -مبدل KY جدید با ضریب بهره بالا
مدار معادل مبدل KY جدید با ضریب بهره بالا در شـکل 1ب نشان داده شده است. ایـن مبـدل از دو کلیـد S 1 و S 2 ،چهار خازن C 1، C 2، C 3 و C 4، سه دیود D1 ، D2 و D3 ،دو سلف L1 و L2 و خازن خروجی C o تشـکیل شـده اسـت.
شکل موج مبدل KY با ضریب بهره بـالا در شـکل 2 نشـان داده
شده است.
-1-2 مد کاری اول
در این مد کاری کلید S 1 خاموش و S 2 روشـن مـی شـود. دیود های D1 و D3 روشن و دیود D2 خاموش می باشد کـه در شکل 1 (ج) شان داده شده است. ولتاژ سـلف L1 برابـر منبـع ورودی می باشد و سلف L1 بطور خطی شارژ مـی شـود. خـازن C 1 انرژی خود را روی خازن C 2 تخلیه می کند و خـازن C 3 نیز انرژی خود را به خازن C 4 تحویل می دهد. ولتاژ سلف L2 برابر ولتاژ خازن C 4 منهای ولتاژ خروجـی مـی باشـد. بنـابراین سلف L2 در این مد کاری دشارژ می شود. روابط این مد کـاری برابر است با:
-2-2 مد کاری دوم
در این مد کاری کلید S 1 روشن و کلید S 2 خـاموش مـی شود. دیـود هـای D1 و D3 خـاموش مـی شـود و دیـود D2 روشن می شود.که در شکل )1د) نشان داده شده اسـت. در ایـن مد کاری سلف L1 دشارژ می شود و خازن C 1 شارژ می شـود. در این مد کاری خازن C 2 دشارژ و انـرژی خـود را روی خـازن C 3 تخلیه می کند. سلف L2 شارژ می شود و خازن - C 4
دشارژ می شود.روابط این مد کاری برابر می باشد با:
-3-2 محاسبه بهره ولتاژ
با برقراری قانون تعادل ولت- ثانیه برای سلف L1 با توجه به رابطه (1) و (5) می توان نوشت.
از رابطه فوق ولتاژ خازن1C برابر می باشد با:
ولتاژ خازن2C و C 3با توجه به شکل )1ج) و )1د) برابـرمی باشد با:
با توجه به رابطه (3) ولتاژ خـازن C 4 برابـر مجمـوع ولتـاژخازن C 2 و 3Cمی باشد.
با توجه به شکل )1ج) و )1د) با برقراری قانون تعادل ولـت-ثانیه برای سلف2L می توان نوشت.
با توجه به روابط (9) تا (12) ضریب بهـره مبـدل برابـر مـی باشد با:
متوسط جریان خازن C 4 در مدکاری دوم برابر است با:
باتوجه به قانون تعادل جریان-ثانیه و شکل )1ج) و )1د) می توان نوشت.
از روابط فوق جریان خازن C 3 بدست می آید.
جریان خازن های C 1 و C 2 از روابط زیر بدست می آید.
با توجه به شکل )1د) جریان سلف L1 بدست می آید.
متوسط جریان ورودی برابر می باشد با:
معادلات جریان سلف L1,L2 دربازه از روابط زیر بدست می آید.
در روابط فوق جریان اولیه سـلف هـایL1 و L2 می باشد.
در روابط فوق فرکانس کلید زنی می باشد.
ماکزیمم ریپل جریان سلف های L1 وL2 برابر می باشـد با:
دز روابــط فــوق DMIN ، مینــیمم مقــدار دیــوتی ســایکل و ، ماکزیمم مقدار جریان ورودی می باشد.
ماکزیمم جریان سلف های L1 و L2 برابر می باشد با:
