بخشی از مقاله
چکیده -
در مبدل های سوئیچینگ نرم با اضافه کردن مدار یا روش کنترل، ولتاژ یا جریان کلید در لحظه کلیدزنی صفر می شود. در نتیجه مشکلات موجود در روش سوئیچینگ سخت برطرف می شود. مبدل هایی که در ولتاژ صفر کلیدزنی می کنند را ZVS می نامند. در میان مبدل های مختلف، مبدل چوک طی سال های اخیر بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است. خصوصا سوئیچینگ نرم برای مبدل چوک بسیار با اهمیت است زیرا قابلیت توان انتقالی مبدل چوک نسبت به مبدل های باک و بوست با همان توان خروجی بسیار بالاتر می باشد، خصوصا کاهش تلفات سوئیچینگ ونویزهای EMI برای مبدل چوک بسیار مهم است. در این مقاله 4روش ZVS در مبدل چوک بررسی میشود و به عیوب و مزایای هر کدام می پردازیم و در نهایت بهترین روش معرفی خواهد شد.
کلید واژه- ولتاژ صفر کلید زنی - - ZVS، مبدل چوک - - CUK، سوئیچینگ نرم
-1 مقدمه
برای از بین بردن تلفات سوئیچینگ و نویز های EMI در مبدل های چوک که ماسفت های قدرت به عنوان سوئیچ های قدرت در آن استفاده می شود، انواع مختلفی از روش های ZVT طی سال های اخیر مطرح شده است. در میان آنها چهار گروه از روش های ZVT برای استفاده در مبدل های چوک مناسب هستند. در ادامه ساختار مدار و ویژگی های کیفی، این چهار مبدل چوک ZVT ارائه شده است.[1] خازن رزونانس Cr شامل خازن خروجی برای ماسفت های قدرت می باشد. یک دیود اضافی به صورت سری با سلف رزونانس یا سوئیچ کمکی در عمل استفاده می شود. این دیود می تواند از رزونانس با خازن خروجی سوئیچ کمکی که بعد از دیود کمکی خاموش می شود، جلوگیری می کند. اساس کلی آنالیز مدار در مرجع [2] وجود دارد. شکل 2 شکل موج های کلیدی مبدل چوک ZVT گروه A را نشان میدهد.
-1-1-2 ویژگی های روش ZVT گروه A
از ویژگی های روش ZVT گروه A بطور خلاصه به صورت زیر می توان اشاره کرد: مزایا عبارتند از: کمترین استرس ولتاژ و جریان سوئیچ ها و دیود ها: استرس ولتاژ و جریان سوئیچ اصلی در مبدل های چوک بدون تلفات و ایده آل می باشد و حتی از مبدل چوک سوئیچینگ سخت که دارای اسپایک در ولتاژ و جریان گذرا می باشد کمتر اسپایک دارد. سوئیچ کمکی نیز همانند سوئیچ اصلی می باشد زیرا مقدار کمی از انرژی رزونانس گذرا را از خود عبور می دهد. استرس ولتاژ و جریان دیود اصلی همانند سوئیچ اصلی می باشد و استرس ولتاژ و جریان دیود کمکی همانند سوئیچ کمکی می باشد. سوئیچ های فعال و غیر فعال در روش ZVT گروه A در معرض حداقل استرس ولتاژ و جریان قرار دارند.
معایب عبارتند از: سوئیچ های کمکی و دیود در روش ZVT گروه A تحت شرایط سوئیچینگ نرم عمل نمی کند. سوئیچ اصلی S1 بعد از دشارژ سلف رزونانس Lr می بایست خاموش شود، پس باعث به حداقل رساندن طول ضریب وظیفه سوئیچ اصلی می شود که نه تنها رنج ولتاژ خروجی را به مقدار قابل توجهی افزایش می دهد بلکه باعث می شود این روش در یک رنج نامناسب استفاده شود. به دلیل ایجاد تلفات زیاد در هنگام اتصال دیود اصلی، به یک سلف اشباع اضافی نیاز است. داده شده است. تفاوت اساسی بین گروه A و گروه B، مسیر دشارژ سلف رزونانس می باشد. آند دیود کمکی D2 به خروجی آند دیود اصلی D1 متصل است. چندین مزیت متمایز کننده دیگر نیز وجود دارد اما هیچ المان اضافی در مقایسه با گروه A نیاز ندارد. این مدار در طول یک سیکل سوئیچینگ دارای هفت وضعیت عملکردی می باشد. در شکل های 4 و 5 به ترتیب مدار معادل هر وضعیت و شکل موج های مبدل نشان داده شده است.
-1-2-2 وضعیت های عملکرد مبدل
وضعیت : - t0 < t < t1 - -1 سوئیچ کمکی s2 در زمان t0 روشن می شود. جریان بازیابی معکوس دیود D1 توسط سلف رزونانس Lr محدود می شود تا شرایط ZCS برای روشن شدن سوئیچ کمکی S2 فراهم شود. وضعیت : - t1 < t < t2 - -2 بازیابی معکوس در زمان t0 به پایان می رسد و سریعا خاموش می شود و هم زمان خازن Cr شروع به دشارژ Lr در سوئیچ می کند. شیب افزایش ولتاژ D1 به صورت VC1 - Vcr می باشد که توسط Cr محدود می شود تا اینکه دیود D1 به صورت zvs خاموش شود. فرض می شود که جریان سلف IL1 و IL2 دارای مقدار ثابت در این وضعیت باشند.
وضعیت : - t2 < t < t 3 - -3 در این وضعیت Vcr در زمان t2 دشارژ می شود و به صفر می رسد. دیود بدنه سوئیچ اصلی DS1B نیز یطور همزمان روشن می شود. ولتاژ درین- سورس سوئیچ S1 در زمان t2 در مقدار صفر باقی می ماند. وضعیت : - t3 < t < t 4 - -4 در زمان t3 ، S1 روشن و S2 خاموش می شود. سلف رزونانس Lr از طریق دیود کمکی D2 شروع به دشارژ در خروجی می کند. وقتی S1 در زمان t3 روشن می شود که در این حالت سوئیچ اصلی S1 در مسیر دشارژ Lr نمی باشد. جریان S1 سریعا افزایش می یابد تا به جربان نرمال در لحظه روشن شدن برسد که معادل جمع IL1 + IL2 می باشد. وضعیت : - t4 < t < t 5 - -5
در زمان t4 ، S1 خاموش می شود. بعد از زمان t4 ، IL1 و IL2 شروع به شارژ خازن رزونانسی Cr می کنند تا شرایط ZVS برای خاموش شدن S1 فراهم شود. دشارژ Lr همچنان می تواند ادامه یابد در حالی که در این وضعیت S1 خاموش می شود. وضعیت : - t5 < t < t 6 - -6 دیود اصلی D1 تحت شرایط ZVS روشن می شودکه در این حالت Vcr شروع به شارژ VC1 در زمان t5 می کند. سلف رزونانس Lr می تواند دشارژ را در همین وضعیت بدون تاثیر گذاشتن روی S1 و D1 در همین سطح کلمپ کند. وضعیت : - t6 < t < t 7 - -7 پروسه بازیابی انرژی بعد از دشارژ ILr به صفر در زمان t6 به چایان می رسد. دیود کمکی D2 تحت شرایط ZCS در همین زمان خاموش می شود. بعد از این عملکرد مدار حالت خاموشی یکسانی برای مبدل چوک PWM خواهد داشت و در سیکل سوئیچینگ بعدی به وضعیت اول بر می گردد.
