بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک مبدل سپیک برای ت صحیح ضریب توان - - PFC*پی شنهاد شده ا ست. مبدل ت صحیح ضریب توان سپیک علاوه بر ضریب توان واحد، دارای مزایای مهمی مانند کاهش استرس المانهای نیمههادی و حذف طبقات را هم در پی دارد.به همین دلیل برای ب سیاری از کاربردهای با ولتاژ خط بالا ب سیار منا سب و سازگار ا ست.
بهطورکلی با توجه به راهاندازی مبدل در مد جریان ناپیو سته - - DCM فقط نیاز به کنترل ولتاژ داریم، از همین رو، مدار کنترل در این مبدلها ب سیار ساده ا ست. در این مقاله سعی بر این ا ست که ا صول عملیاتی مبدل بهطورکلی توضیح داده شود، و همچنین شکل موجهای شبیهسازی نیز به تصویر کشیده شده است. همچنین مبدل سپیک بهصورت بدون پل هم در این مقاله پیشنهادشده است. نتایج شبیهسازی، کارایی و قابلاجرا بودن مبدل سپیک بدون پل را تائید میکند.
.1 مقدمه
در حال حاضر افزایش استفاده از کامپیوترها،لپتاپها،مخابرات،تجهیزات پزشکی،منابع برق اضطراری و منابع تغذیه بهصورت نمایی و غیرقابلکنترلی، در حال افزایش ا ست. این افزایش تقا ضای ا ستفاده از انرژی الکتریکی و نگرانی بابت وجود هارمونیک در شبکه برق AC،باعث شده ا ست تا مدارهای ت صحیح ضریب توان - - PFC بهعنوان مبدلهای توانی ،که رابط بین بارهای الکتریکی و شبکه برق هستند بهطور گستردهای مورداستفاده قرار بگیرند.
بنابراین برای محدود شدن مقدار هارمونیکهای موجود، استانداردهایی بینالمللی مانند - IEC-61000-2-3 - ارائهشده است تا بتوان آلودگی هارمونیکی موجود در ورودی مدارها را به نحوی را کنترل کرد.برای برآورده کردن ملزومات این استانداردها و سینوسی و تک فرکانس بودن شکل موج جریان ورودی، از مدارهای ت صحیح ضریب توان - - PFC ا ستفاده میکنیم،تا بتوانیم مقدار هارمونیک ها را بر اساس استاندارد به نحوی کنترل کنیم.
بهطورکلی مدار های موجود برای م بدل های تصحیح ضر یب توان - - PFC را میتوان به دو گروه غیرف عال - - PASSIVE و فعال - - ACTIVE تقسیم کرد. در حقیقت برای حل مشکل ضریب توان پایین، در ابتدا مدارهای غیرفعال پیشنهاد شدند،که نسبت به یکسو کنندههای ACبه DC*که با شامل یکسو کنندهها و خازن بودند ، ضریب توان بالایی تا 0,8 را ایجاد میکردند.
اما به دلیل وجود اینکه پیکرهی اصلی این مدارها از سلف و خازن تشکیل می شد،مدارها ازلحاظ حجم و وزن بسیار سنگین شده و همچنین بازده آنها نیز بسیار پایین بود.برای بالاتر رفتن ضریب توان مدارهای فعال که شاکلهی آنها را علاوه بر خازن و سلف،کلید فعال و دیود نیز تشکیل میدادند پیشنهاد شدند، که در این مدارها ضریب توان نزدیک به واحد میشد. مبدلهایBUCK، BOOST، FLYBAC ،BUCK-BOOSTو SEPICمهمترین مبدلهای تصحیح ضریب توان فعالی،که بیشتر موردتوجه قرار میگیرند.
در مبدل BUCK ولتاژ خروجی از پیک ولتاژ ورودی همواره کمتر است، بااینحال ضریب قدرت در این مدارها نزدیک به واحد است.[1] در مبدل BOOST ضریب توان هم نزدیک به یک است با این تفاوت که ولتاژ خروجی از پیک ولتاژ ورودی لزوماً بیشتر ا ست.[2]مبدل BUCK-BOOST میتواند هم ولتاژ خروجی کوچکتر و بالاتر را ن سبت به پیک ولتاژ ورودی ایجاد کند با ذکر این نکته که ولتاژ خروجی دارای پلاریته معکوس است که برای حفاظت از سوییچ باید عایق برای سوییچ استفاده شود. از میان مبدلهایFLYBACK و SEPIC ،مبدل SEPIC دارای بازده بهتر،انحراف هارمونیکی کل کمتر و ضریب توان بالاتری برخوردار است.بهطورکلی مبدلها را میتوان در حالتهای جریان پیوسته،جریان مرزی و جریان ناپیوسته راهاندازی کرد.[3]
پیکربندی مدارهای ACبه DC با تصحیح ضریب توان
در ب سیاری از کاربردها از مبدل BOOST همانطور که در شکل 1 ن شان داده شده ا ست ا ستفاده می شود.اما به دلیل اینکه ولتاژ خروجی در این مبدل از ولتاژ ورودی همواره بالاتر ا ست،در ب سیاری از کاربردها ما را مجاب میکند تا از یک طبقهی DCبه DCدیگر نیز در طبقهی بعدی استفاده کنیم. ساختار سپیک با رفع این محدودیت با کاهش طبقات علاوه بر غلبه به مشکل موجود در مبدل BOOST ،دارای ضریب تصحیح بسیار بالا نیز میباشد.این ساختار به دلیل وجود دو سلف و ترکیب جریان این دو سلف میتواند تا حد زیادی ریپل جریان در ورودی را کم کند.که این ویژگی بدان معناست که تلفات توان در اثر ریپل جریان میتواند بهطور زیادی کم شود.شکل 2 یک مبدل سپیک مرسوم را نشان میدهد.[4]
اصول کارکرد مبدل
شکل 3 یک مبدل سپیک را نشان میدهد که ما تحلیل عملکرد را فقط در یک نیم سیکل بررسی میکنیم و در نیم سیکل بعدی به دلیل تقارن در ساختار شرایط دقیقاً شبیه به نیم سیکل قبلی است.بنابراین تحلیل بهگونهای است که ولتاژ ورودی در نیم سیکل مثبت است و ذکر این نکته حائز اهمیت است که مبدل را در حالت جریان ناپیوسته راهاندازی کردهایم.به این صورت که در یکفاز از دورهی کلید زنی،در یک بازه فقط کلید رو شن و دیود خروجی خاموش ،در بازهی بعد دیود خروجی رو شن و سوییچ خاموش ونهایتاً در یک دوره هم دیود خروجی خاموش و هم سوییچ خاموش است.
همچنین برای راحتی در تحل یل ت مامی قط عات را ا یده آل فرض کردهایم.علاوه بر این به دلیل مشابه بودن تحلیل این مبدل با مبدلهای DCبه DC ورودی را DC و در حالت پایدار فرض میکنیم. با توجه به اینکه ولتاژ سلف در هر دورهی کامل کلید زنی صفر میشود ولتاژ روی خازن برابر با ولتاژ ورودی میشود. با ذکر این توضیحات و با توجه به طراحی در حالت DCM میتوان مبدل سپیک را در سه بازهی زمانی ازلحاظ تئوری تحلیل کرد.در بازهی اول سوییچ رو شن و دیود خروجی خاموش،در بازهی دوم دیود خروجی رو شن و سوییچ خاموش و در بازهی سوم هم سوییچ و هم دیود خروجی خاموش هستند.[5]
