بخشی از مقاله
چکیده
براي اینکه در طراحی مبدل boost دوسلفی نوع ZVS حداکثر ولتاژ ترانزیستورها خیلی زیاد نشود محدودة ولتاژ خروجی رامحدود می کنند. اگر بخواهیم مبدل بدون افزایش ولتاژ ترانزیستورها محدودة ولتاژ خروجی وسیعی داشته باشد، باید از مداراتی استفاده کنیم که قادر به کنترل ولتاژ ترانزیستور در یک سطح معین باشد. اسنابر و مدارات محدود کنندة ولتاژ دو مدار مناسب براي این منظور است. در این مقاله یک مبدل داراي مدار محدود کنندة ولتاژ را ارائه می کنیم. این مبدل می تواند محدودة ولتاژ وسیع با ولتاژ ترانزیستور پائین داشته باشد. سپس به تحلیل حالت مبدل در مدهاي کار مختلف آن می پردازیم. فرآیند طراحی را شرح می دهیم و توابع کنترلی براي یک مبدل 200 واتی را بدست می آوریم.
کلید واژه- تابع کنترل، شبیه سازي، مبدل، محدودکننده،.
-1 مقدمه
مبدلهاي boost دوسلفی یکی از بهترین مبدلها در کاربردهایی مثل سیستم فتوولتایک شبکه اي وUPS - Uninterrupted Power Supply - است. مدار مبدل boost دوسلفی نوع ZVS - Zero-Voltage Switching - را درشکل - 1 - مشاهده می کنید.در سیستمهاي فتوولتایک به مبدلهایی با نسبت ولتاژ خروجی به ورودي متغیر نیاز است. این عملکرد باري متغیر در مبدل boost دوسلفی نوع ZVS توسط تنظیم سه پارامتر مداري آن شامل ضریب بار، ضریب زمانی و زاویه تاخیر، بدست می آید .[1]ولی این مبدل داراي محدودة ولتاژ خروجی کمی است.براي افزایش محدودة ولتاژ خروجی مبدل بدون افزایش ولتاژ ترانزیستور باید از مکانیزمهایی استفاده کنیم که قادر به کنترل ولتاژ ترانزیستور باشد.
در این مقاله از یک مدار محدود کنندة ولتاژ براي این منظور استفاده شده است. در شکل - 2 - یک مبدل boost دوسلفی نوع ZVS داراي مدار محدودکنندة ولتاژ نشان داده شده است.در شکل 2 مدار محدودکنندة ولتاژ از دو سلف تزویج شدة L1p و L1s و همچنین دو سلف تزویج شدة L2p و L21s و دو دیود DL1 و DL2 تشکیل شده است. نسبت دور سیم پیچ اصلی به سیم پیچ مدار محدود کننده برابر nL:1 است. وقتی ولتاژ عبوري از سیم پیچ به مقدار nLE برسد، دیود DL1 یاDL2 هدایت می کنند و موجب می شود که ولتاژ عبوري ازMOSFET در سطح Vc محدود شود، که Vc برابر است با:در ادامه به تحلیل حالت سه مد کاري این مبدل می پردازیم. سپس فرآیند طراحی براي یک مبدل 200w با ولتاژ ورودي 20V و ولتاژ خروجی 340V را شرح می دهیم.
-2 پارامترهاي مداري مبدل
در تحلیل عملکرد مبدل boost دوسلفی نوع ZVS با مدار محدود کنندة ولتاژ از سه پارامتر مداري استفاده می شود.این سه پارامتر عبارتند از : [2]
• ضریب زمانی 1، که جریان اولیه سلف رزنانسی،iLr 0 − I0 ،در هنگام خاموش بودن ترانزیستور Q1 را تعیین می کند. I0 برابر میانگین جریان سلف سیم پیچهاي اصلی در طی مدت زمان غیرفعال بودن مدار محدود کننده، است.شدن Q1 و قبل از خاموش شدن Q2 در هر مد کاري مبدل، را در ادامه این بخش نشان می دهیم.
•ضریب بار k، توسط رابطه Z0I0=kVd تعریف میشود، که در آن Lr C2 Lr C1 Z0 امپدانس مشخصه مدار تشدید تشکیل شده از سلفها و خازن رزنانسی است و Vd ولتاژ خازن خروجی منتقل شده به سمت اولیه ترانسفورماتور است. Lr سلف رزنانسی و C1 و C2 خازنهاي رزنانسی هستند.
• زاویه تاخیر αd برابر اختلاف زاویه بین لحظه اي که جریان سلف رزنانسی به صفر می رسد و لحظه اي که ترانزیستور متناظر با آن خاموش می شود، می باشد.
-3 تحلیل حالت مدهاي کاري مبدل
مبدل boost دوسلفی نوع ZVS با مدار محدود کنندة ولتاژ نشان داده شده در شکل 2 داراي سه مد کاري مختلف است. ترکیبهاي مختلف پارامترهاي مداري k و 1 مدهاي مختلف را تعیین می کند. پارامتر مداري αd فقط بر طول دورة سوئیچینگ تاثیر می گذارد و در تعیین مدهاي مختلف تاثیري ندارد. جدول 1 مشخصات مدهاي کاري مبدل را نشان می دهد. قبل از خاموش شدن Q1 هر دو ترانزیستورQ1 و Q2 روشن هستند. حالتهاي مختلف بعد از خاموش در این مد ولتاژ سوئیچینگ در هیچ زمانی به مقدار ولتاژ برش Vc نمی رسد. بنابراین در این مد مدار محدودکنندة ولتاژ غیرفعال است. مبدل داراي چهار حالت است. چون در این مد مدار محدودکنندة ولتاژ غیرفعال است بنابراین در این مقااله به بررسی بیشتر این مد نمی پردازیم.
-2-3 مد کاري 2
در این مد ضریب زمانی 1 بزرگتر از صفر است و ضریب بار k به اندازة کافی بزرگ است و مدار محدود کنندة ولتاژ در حالت - a - فعال شود. در اینجا مبدل داراي پنج حالت است که در شکل 3 آنها را مشاهد می کنید. سلف تزویج شدة مبدل را می توانیم با یک مدار معادل شامل یک سلف بدون تزویج Le، یک دیود Dc و یک منبع ولتاژ Vc مدلسازي کنیم. تعداد دور سلف Le برابر تعداد دور سلف L1p است.روابط مربوط به ولتاژ خازن vC1 و جریان سلف iLr در حالت حالت - t3<t≤t4 - - d - و حالت - t4<t≤t5 - - e - به ترتیب در معادلات - 2 - تا - 6 - آورده شده است:شرایط ZVS در مبدل حفظ شود باید Vc ≥ 2Vd باشد.حالت - e - وقتی که vC1 به صفر رسید، شروع می شود.
-3-3 مد کاري 3
در این مد ضریب زمانی 1 کوچک است و ضریب بار kمتوسط است، و یا 1 صفر است و k بزرگ است و مدار محدود کنندة ولتاژ در حالت - c - فعال شود. در اینجا مبدل داراي شش حالت است که در شکل 4 می بینید. روابط مربوط به ولتاژ خازن vC1 و جریان سلف iLr در حالت - a - - 0<t≤t1 - ، حالت - t1<t≤t2 - - b - ، حالت - t2<t≤t3 - - c - ، حالت - t3<t≤t4 - - d - ، حالت - t4<t≤t5 - - e - و حالت - t5<t≤t6 - - f - به ترتیب در معادلات - 7 - تا - 12 - آورده شده است:
حالت - b - وقتی شروع می شود که دیود DL1 هدایت می کند و ولتاژ خازن رزنانسی vC1 در سطح Vc برش می خورد. در این حالت جریان سلف رزنانسی کمتر از صفر است سلف رزنانسی Lr بطور خطی توسط Vc+Vd شارژ می شود.حالت - c - وقتی شروع می شود که جریان سلف رزنانسی به صفر می رسد و Vd معکوس می شود. جریان سلف رزنانسی بطور خطی افزایش می یابد ولی سرعت آن کمتر است چون ولتاژ عبو.ري از Lr در این حالت برابر است.همچنین جریان سلف رزنانسی بزرگتر از صفر است. حالت - d - وقتی که جریان سلف رزنانسی به I0 رسید، شروع می شود. از رابطه vC1 در حالت - d - می بینیم که براي اینکه
