بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله طراحی مبدل یکسوساز تک طبقه بدون پل تصحیح ضریب توان به کمک اسنابر پسیو بدون اتلاف و کلید زنی PWM پیشنهاد میشود. مبدل پیشنهادی براساس مبدل بوست –فلای بک بدون پل دوطبقهای میباشد. در مبدل پیشنهادی، تلفات هدایتی با حذف یکسوساز ورودی کاهش مییابد. سلف بوست در مد جریان گسسته - DCM - برای رسیدن به ضریب توان بالا به کار میرود .
در فلای بک، سلف تزویج، ایزولاسیون الکتریکی ورودی –خروجی را فراهم میکند که برای حفاظت الکتریکی طراحی شده است. سلف تزویج در مد هدایت بحرانی - CRM - برای جریان مؤثر پایین و تلفات کم کلید زنی در زمان روشن شدن بهوسیلهی عملکرد سوئیچینگ PWM به کار گرفته میشود. به خاطر مدار اسنابر بدون اتلاف، ولتاژ پالسی کلید کلمپ و انرژی سلف پراکندگی بازیافت میشود. خازن اسنابر به عنوان یک خازن باس DC استفاده میشود. علاوه بر این مقداری ازتوان ورودی مستقیماً به خروجی هدایت شده، و توان باقیمانده در خازن باس DC ذخیره میشود. بنابراین، نرخ ولتاژ پایین خازنها میتواند به عنوان خازن باس DC استفاده شود و بازده انتقال توان ارتقا یابد.
.1مقدمه
با پیشرفتهای روزافزون تکنولوژی، نحوهی کلید زنی منبع تغذیه - SMPS - به دلیل بازده توان بالا و اعوجاج هارمونیکی کم در حال تغییر است. در این زمینه چندین استراتژی جهت دستیابی به ضریب توان بالا، تلفات هدایتی و کلید زنی پایین در یکسوسازها مطرح شده است . بهطورکلی، یکسوسازها را میتوان به دوطبقه و تک طبقه طبقهبندی کرد. طراحی مبدل دوطبقه صرفنظر از هر طبقه، راحت بوده و عملکرد بسیار خوبی از قبیل تصحیح ضریب توان - PFC - و اعوجاج هارمونیکی کم را مهیا میسازد. در طول چندین دهه، یک طبقه مبدل جهت تصحیح ضریب توان - PFC - و طبقهی دیگر جهت تنظیم خروجی بوده است.
در این مبدل مدار کنترل پیچیده و پرهزینه میباشد، و به دلیل اینکه هر حالت منبع به یک سیستم کنترل نیاز دارد، تعداد اجزاء و سایز مبدل افزایش مییابد. علاوه بر این، مبدل دوطبقهای در مقایسه با مبدل تک طبقه بازده توان پایینی دارد. در مبدل تک طبقهای، تصحیح ضریب توان - PFC - و تنظیم خروجی با استفاده از اشتراک کلیدی با هم ادغام شدهاند. درنتیجه، تعداد اجزاء، کاهش و بازده توان افزایش و این مبدل را مقرون بهصرفه میسازد. بههرحال، مبدل تک طبقهای هنوز هم برخی معایب عمده از قبیل بازده پایین و استرس ولتاژ باس DC بالا را دارد.[5-1]
چندین مبدل بوست -فلای بک تک طبقهای در [10- 2] بررسی شده است. مبدل بوست-فلای بک یکی از محبوبترین مبدلهای یکسوساز تک طبقهای میباشد. این مبدلها به یکسوساز تمام پل دیودی نیاز دارند که به تلفات انتقال بالا منجر میشود و به مدیریت حرارت تولیدی نیاز دارند. بنابراین، بهمنظور غلبه به مسائل ذکرشده در بالا مبدلهای بدون پل زیادی در [19-11] پیشنهاد شده است.
در [11]، مبدل بوست تصحیح ضریب توان یکپارچه، نیم پل دیودی معرفی شده و تلفات انتقال در این مبدل به دلیل تمام پل دیودی نبودن کاهش مییابد. علاوه بر این، مبدلهای بوست-فلای بک با چالش اسنابر مواجهاند. معمولاً اسنابر به دلیل وجود ولتاژ پالسی تولیدی بالا در دو سر کلید به دلیل تشدید بین اندوکتانس پراکندگی و ظرفیت خروجی ماسفت، ایجاد میشود. چون اسنابر باعث تلفات توان میشود، لذا بازده کل کاهش مییابد. به همین دلیل، اسنابرهای پسیو مختلفی برای مبدلهای فلای بک در [22-20] مورد بررسی قرار گرفتهاند. در این مراجع اسنابری پیشنهاد شده است که انرژی سلف پراکندگی را برای بازده بالا بازیافت میکند.
در مبدل تک طبقهای، سه مد عملکرد، جریان پیوسته - CCM - ، جریان گسسته - DCM - و مد هدایت بحرانی - CRM - ، که توسط رفتار سلف ایجاد میشود وجود دارد. در کلید زنی PWM که کلید زنی جریان صفر - ZCS - یا کلید زنی نرم است بازده بیشتر در مد DCM به دلیل کاهش تلفات کلید و جریان مؤثر پایینتر، ایجاد میشود. به دلیل اینکه جریان سلف در مد CRM به صفر میرسد لذا بازیافت معکوس دیود وقتیکه کلید فعال میشود کم است .[23]
موارد ذکرشده در بالا در مبدل پیشنهادی مورد بررسی قرار گرفته شدهاند. مبدل پیشنهادی مبدل یکسوساز تک طبقهای بدون پل تصحیح ضریب توان به کمک اسنابر پسیو بدون اتلاف و کلید زنی PWM میباشد. مبدل پیشنهادی مرسوم براساس ساختار بوست فلای بک بدون پل دوطبقهای در شکل 1 نشان داده شده است. مبدل به دلیل مد DCM سلفهای بوست و فراهم کردن ایزولاسیون الکتریکی به علت سلف تزویج به ضریب توان بالا میرسد.
از طرفی تلفات هدایتی یکسوساز به دلیل اینکه مبدل، یکسوساز دیودی تمام پل ندارد کاهش یافته است. در فلای بک DC-DC، از اسنابر بدون اتلاف استفاده شده است، انرژی سلف پراکندگی در مدار فلای بک DC-DC بازیافت میشود، و پیک ولتاژ پالسی کلید اصلی تا ولتاژ پایین کلمپ میشود. ازآنجاکه مد CRM با استفاده از کلید زنی PWM لحاظ میشود، اتلاف کلید زنی کاهش قابل ملاحظهای مییابد. بنابراین، بازده توان کل ارتقا مییابد.
خازن باس DC به دو خازن تقسیم میشود: خازن اسنابر و دیگری خازن باس .DC مقداری از انرژی ورودی از طریق خازن باس DC بلافاصله در بار بدون فرآیند میانی توزیع میشود و مرتب انرژی روی خازن باس DC شارژ میشود. میتوان از نرخ پایین ولتاژ خازن بهعنوان خازن باس DC استفاده کرد و بازده انتقال انرژی را ارتقا داد. درنتیجه، مبدل پیشنهادی میتواند ضریب توان بالایی فراهم کند و به راندمان تبدیل توان بالایی برسد.
.2 شرح مدار
نمودار درایو مدار مبدل پیشنهادی در شکل 2 نشان داده شده است. فیلتر خطی ورودی شامل و میباشد. در یکسوساز بوست بدون پل، وسایل کلید زنی از قبیل 1, 2, 1 و 2 استفاده میشوند. 1 و 2 دیود بدنه 1 و 2 هستند. سلف مدار بوست میباشد. در مدار فلای بک DC-DC یک سلف تزویج 1، کلیدهای مشترک 1 و 2، خازن باس DC، دیود خروجی و خازن خروجی با مدار اسنابر بدون اتلاف شامل , و وجود دارد.
نمودار مدار معادل مبدل پیشنهادی در شکل 3 نشان داده شده است. این شکل شامل فیلتر خطی ورودی نمیباشد، و ولتاژ ورودی در یک دورهی کلید زنی ثابت در نظر گرفته میشود. خازنهای 1 و 2 ظرفیت خروجی، به ترتیب برای 1 و 2 هستند. سلف تزویج 1 دارای سلف مغناطیسی و سلف پراکندگی با نسبت تبدیل - = ⁄ - n:1 میباشد. با توجه به معادلهی قانون ولت- ثانیه، چون متوسط ولتاژ سلف در حالت پایدار باید صفر شود، ولتاژ دو سر و برابر با میشود. ظرفیت , و بهاندازهی کافی بزرگ میباشند که ولتاژ دو سرشان در مقدار ثابت بماند.
در مبدل پیشنهادی، کلیدهای 1 و 2 با سیگنالهای گیت یکسانی عمل میکنند و عملکرد مبدل با توجه به پلاریته ی ولتاژ ورودی متقارن میباشد. به علت چنین تقارنی، مبدل در طول یک دورهی کلید زنی فقط در نیم سیکل خطی مثبت ولتاژ ورودی تحلیل شده است. شکل 5 شکل مدهای عملکرد مبدل پیشنهادی در طول یک دورهی کلید زنی در ولتاژ ورودی مثبت را نشان میدهند. مبدل پیشنهادی 5 مد دارد.
