بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک مبدل مرتبه 4 از نوع LCLC با روشی جدید طراحی و تحلیل می گردد. از آن جا که در مدارات با تانک تشدید بالاتر از سه عنصر پسیو کار تحلیل مدار نمی تواند از روش های معمول صورت پذیرد، لذا ناچار به استفاده از روش های تحلیلی پیچیده ای همچون تحلیل سیگنال کوچک و فضای حالت هستیم .
در این مقاله روشی جدید به منظور تحلیل و طراحی عملکرد مبدل پیشنهاد می گردد که پیچیدگی های روش های گفته شده را نداشته و نیز با ابتکار به کار رفته در این روش، ولتاژ خروجی - یا ولتاژ بار - در مبدل مورد اشاره از وابستگی به تغییرات بار خارج شده و آن را برای کاربرد در منابع تغذیه DC-DC با ولتاژ خروجی ثابت مناسب نموده است . همچنین مبدل مورد اشاره تحت حالت عملکردی شرایط کلیدزنی نرم یا ZVS را دارا می باشد لذا از بازدهی قابل توجهی برخوردار است.
.1 مقدمه
امروزه مبدل های DC-DC با بهره بالا کاربرد وسیعی پیدا کرده اند به نحوی که در مراکز نظامی، تجاری، صنعتی و پزشکی به وفور می توان آن ها را مشاهده نمود.از مهمترین منابع تغذیه می توان به منابع تغذیه ولتاژ بالا، منابع تغذیه ولتاژ پایین، Active PFC و ... اشاره کرد.
این مبدل ها ولتاژ یا جریان های پایین DC را به ولتاژ یا جریان های بالاتر با ریپل پایین تبدیل می نمایند. از جمله کاربردهای منابع تغذیه ولتاژ بالا می توان به سیستم دید در شب هلیکوپترها، گیرنده رادار هشدار و بسیاری کاربردهای دیگر در تجهیزات نظامی نام برد. منابع تغذیه ولتاژ بالا قابلیت تبدیل ولتاژ های DC پایین در حد چندین ولت به چند کیلوولت در خروجی را دارند.
به طور مثال درSR 1152 که در سیستم دید در شب هلیکوپتر استفاده می گردد قادر است ولتاژ ورودی 28VDC را به خروجی 20KVDC تبدیل نماید. ساختار این گونه منابع تغذیه بدین شکل است که ولتاژ DC در ورودی از طریق اینورتر با کلیدزنی PWM تبدیل به ولتاژ AC گردیده سپس برای کاهش حجم و وزن این مبدل ها بایستی فرکانس عملکرد آن ها افزیش یابد ولی افزایش فرکانس موجب افزایش تلفات کلیدزنی نیز می گردد. تکنیک های سوییچینگ نرم مختلفی برای حل این مشکل ارائه گردیده است.
.2 معرفی مبدلهای تشدیدی
یکی از کاربردی ترین تکنیک ها استفاده از مدارهای رزونانسی و شبه رزونانسی است. بهدلیل کلیدزنی نرم، که همان کلیدزنی در ولتاژ صفر - ZVS - یا کلیدزنی در جریان صفر - ZCS - و یا هر دو میباشد، تلفات کلیدزنی در این مبدلها کم بوده و علاوه بر افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان مدار، عملکرد در فرکانسهای بالا بههمراه افزایش بازدهی مبدل، که بهدلیل تلفات کلیدزنی زیاد در مبدلهای با کلیدزنی سخت امکانپذیر نیست، ممکن میشود. با افزایش فرکانس کلیدزنی و بازده، اندازه عناصر مداری، مانند عناصر مغناطیسی، کوچکتر شده و علاوه بر کاهش حجم آن، چگالی توان مبدل نیز افزایش مییابد. در مرحله بعد ترانس افزاینده قرار می گیرد سپس از یکسو ساز به منظور تبدیل مقادیر AC به DC ودر نهایت از فیلتر LC به منظور کاهش ریپل ولتاژ یا جریان در خروجی استفاده می نماییم. در زیر ساختار یک مبدل تشدیدی را مشاهده می نمایید.
شکل -1 نمای کلی ساختار به کار رفته در منابع تغذیه
شکل -2ساختار مبدل تشدیدی
در ضمن برای دستیابی به مشخصات تعیین شده در کاربرد موردنظر با توجه به مشخصات ورودی و خروجی می بایست تحلیل و مدلسازی ساختاری مبدل را انجام داد.
.3 ساختار مبدل LCLC
توپولوژی LCLC یک توپولوژی تشدیدی نوع VNV با چهار المان راکتیو است. دیاگرام مداری LCLC نیم پل در
- Error> Reference source not found.الف - نشان داده شده است. RIN آن از سلف هایL1، L2 و خازن C1 و C2 تشکیل شده است. در مبدل نیم پل - متشکل از سوئیچهایMOSFET، SA و SB، که به ترتیب دارای دیودهای تخلیه بدنه DA، DB، و خازن های CA، - CB پورت ورودی RIN با شکل موج ولتاژ مربعی فرکانس بالا - vin - تحریک می شود.
دیاگرام مداری LCLC -T RC تمام پل در شکل - - 7ب - نشان داده شده است که متشکل از سوئیچ های MOSFET، S1 - S4 و دیودهای تخلیه بدنه D1 - D4، که یک اینورتر موج مربعی تمام پل را تشکیل می دهند، می باشد . در پورت خروجی RIN یک ترانسفورماتور ایزوله با نسبت دور 1: n وجود دارد که ولتاژ خروجی Vo، و جریان خروجی مورد نیاز را با ولتاژ dc ورودی 2Vd - در مبدل نیم پل و Vdدر مبدل تمام پل - متناسب می کند. یک یکسو کننده دیودی Dr1 - تا - Dr4 و خازن فیلتر نیز، جریان و ولتاژ - Cf - ac با فرکانس بالا را به dc تبدیل می کند.
شکل -3 دیاگرام مداری - الف - نیم پل - ب - تمام پل، توپولوژی LCLC
