بخشی از مقاله
چکیده -
برای افزایش چگالی توان مبدل های الکترونیک قدرت فرکانس کلید زنی باید افزایش یابد ولی به خاطر رفتار غیر ایده آل سوئیچ های نیمه هادی تلفات سوئیچینگ افزایش یافته و راندمان کاهش می یابد. دو روش کلی برای کاهش تلفات کلید زنی وجود دارد.
اول افزودن مدار اسنابر و یا اضافه کردن مدار کمکی به مبدل ها برای ایجاد شرایط کلید زنی نرم و دوم تغییر کلید زنی مبدل. در اسنابر های غیر فعال یا - پسیو - از سوئیچ کمکی استفاده نشده است بنابراین عملکرد مبدل ساده تر می گردد و دیگر نیازی به مدار درایو اضافی نیز نیست بنابراین هزینه نیز کاهش می یابد.
در این مقاله یک مدار اسنابر برای هر دو سوئیچ مبدل فلای بک دو سوییچه پیشنهاد گردیده است و تعداد المان های کمکی به مراتب کاهش یافته است در نتیجه تلفات هدایتی نیز کم شده است . از طرفی در مدار کمکی سوئیچ استفاده نشده است که از قیمت و حجم مبدل پیشنهادی می کاهد. مبدل پیشنهادی به طور کامل تحلیل و طراحی گردیده است و برای تایید درستی عملکرد مبدل پیشنهادی یک نمونه عملی از آن ساخته شده است.
-1 مقدمه
به طور کلی تلفات در مبدل ها به دو دسته تقسیم می شوند. تلفات هدایتی و تلفات کلید زنی. برای افزایش چگالی توان مبدل های الکترونیک قدرت فرکانس کلید زنی باید افزایش یابد ولی به خاطر رفتار غیر ایده آل سوئیچ های نیمه هادی تلفات سوئیچینگ افزایش یافته و راندمان کاهش می یابد. همچنین نویز نیز افزایش می یابد
دو روش کلی برای کاهش تلفات کلید زنی وجود دارد. اول افزودن مدار اسنابر و یا اضافه کردن مدار کمکی به مبدل ها برای ایجاد شرایط کلید زنی نرم و دوم تغییر کلید زنی مبدل. در روش اول با اضافه کردن المان های پسیو یا فعال شرایط کلید زنی نرم در سوئیچ های مبدل فراهم می شود. در اسنابر های فعال یک یا چند سوئیچ در مدار اسنابر وجود دارد.
در این روش به علت اضافه شدن سوئیچ عملکرد مبدل پیچیده شده و مدار درایو اضافی به مبدل تحمیل می شود که می تواند قیمت مدار را افزایش دهد. اسنابرهای غیرفعال بدون تلفات به خاطر فراهم کردن شرایط کلیدزنی نرم بدون تحمیل تلفات محسوس بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در مبدلهای فلای بک دو سوییچه به خاطر وجود دو سوییچ در ساختار آن دو مدار اسنابر جداگانه نیاز است بنابراین تعداد المانهای کمکی افزایش می یابد اما در این مقاله یک مبدل جدید با یک مدار اسنابر ارایه می گردد که شرایط کلیدزنی در جریان صفر را برای هر دو سوییچ فراهم نموده و انرژی مدار کمکی نیز به نحو مطلوبی به خروجی منتقل می گردد.
-2 توصیف مبدل فلای بک پیشنهادی
مبدل DC-DC فلای بک پیشنهادی در شکل 1 نشان داده شده است. در این مبدل S1 و S2 سوئیچهای اصلی مبدل پیشنهادی میباشد و LS1 و LS2 و LS3 سلف های کوپل شده مدار کمکی، Lm سلف مغناطیس کنندگی، D3 دیود مدار کمکی وCr خازن رزونانس مدار کمکی هستند. D1 وD2 نیز دیودهای کلمپ مبدل میباشند. ضمنا نسبت دور سلف های کوپل شده Ls1 و Ls2 ،m فرض شده و n نسبت دور ترانسفورمر اصلی است.
شکل :1 نمای شماتیک مبدل فلای بک پیشنهادی
-1-2 عملکرد مبدل فلای بک پیشنهادی
به منظور ساده کردن تحلیل مبدل پیشنهادی فرضیه های زیر در نظر گرفته میشوند.
تمامی المان های مبدل ایده آل میباشند.
خازن خروجی و سلف مغناطیس کنندگی به اندازه کافی بزرگ هستند و به همین علت ولتاژ خروجی وجریان مغناطیس کنندگی در یک سیکل ثابت در نظر گرفته می شود.
مبدل فلای بک پیشنهادی دارای شش وضعیت عملکرد مجزا در یک سیکل کلیدزنی میباشد. شکل موجهای کلیدی مبدل پیشنهادی، در شکل 2 نشان داده میشود و در ادامه عملکرد هر وضعیت بصورت مجزا همراه با مدار معادل در هر وضعیت بررسی خواهد شد.
مبدل پیشنهادی شرایط کلیدزنی نرم را با حداقل قطعات، با استرس ولتاژ و جریان پایین ایجاد می کند. با توجه به اینکه تمام المان های نیمه هادی این مبدل به صورت نرم کلیدزنی می شوند، فرکانس کلیدزنی به راحتی افزایش یافته و چگالی توان این مبدل را افزایش میدهد.
در این مبدل یک مدار اسنابر برای هر دو سوئیچ مبدل فلای بک دو سوییچه پیشنهاد گردیده است.
شکل :2 شکل موجهای کلیدی مبدل فلای بک پیشنهادی
فرض شده است که قبل از وضعیت اول سوئیچهای S1 و S2 خاموش میباشند و توان از طریق دیودهای D1، D2 و Do به خروجی منتقل می گردد.
وضعیت :[t0-t1] - 1 - مدار معادل این وضعیت در شکل 3 نمایش داده شده است. در لحظه t0 سوئیچهای S1 و S2 به علت جریان صفر سلفهای سری Ls1 و Ls3 در وضعیت قبل تحت شرایط ZCS روشن میشوند.
در لحظهt1 جریان سلف Ls1 به مقدار جریان سلف مغناطیس کنندگی ترانسفورمر خواهد رسید
شکل :3 مدار معادل وضعیت - 1 - مبدل فلای بک پیشنهادی
وضعیت :[t1-t2] - 2 - مدار معادل این وضعیت در شکل 4 آورده شده است. در لحظه t1 جریان سلفLr1 به مقدار جریان مغناطیس کنندگی می رسد و جریان دیودهایD1 ، D2 و Do صفر شده و تحت شرایط ZCS خاموش می شوند. در این وضعیت سلف Ls1 و خازن Cr شروع به رزونانس می کنند.
شکل :4 مدار معادل وضعیت - 2 - مبدل فلای بک پیشنهادی
وضعیت :[t2-t3] - 3 - مدار معادل این وضعیت در شکل 5 نشان داده شده است. زمانی که VCr به صفر برسد دیود D3 تحت شرایط ZVS شروع به هدایت میکند و این وضعیت آغاز میشود. در این وضعیت ولتاژ Cr در مقدار صفر کلمپ میشود. این وضعیت زمانی که سوئیچهای S1 و S2 خاموش شوند به پایان میرسد و از آنجاییکه مدت این وضعیت و وضعیت های قبل در ضریب وظیفه سوئیچ موثر هستند
