بخشی از مقاله
چکیده :
مبدلهای تک القاگر چند خروجی − جایگزین مناسبی برای منابع تغذیهایی که بصورت موازی در یونیت های تغذیه وسایل قابل حمل ، همانند تلفن همراه، تبلت ، لب تاب و . . . که به سطوح ولتاژ متفاوتی بهمراه حداقل حجم و هزینه با بالاترین بازدهی نیازمندند بشمار می آیند
در این نوع از مبدل ها،خروجیها بدلیل متصل بودن به تنها یک القاگر یک نوع وابستگی بهم دارند به همین علت اثر تنظیم متقابل 2نقش کلیدی در عملکرد سیستم خواهد داشت.در این مقاله یک روش کنترلی بمنظور پایداری مبدل در اثر تغییرات بار و اغتشاشات خط و همچنین کاهش اثر تنظیم متقابل بین خروجی ها معرفی می گردد، در نتیجه تجزیه و تحلیل ساختار مبدل بمنظور طراحی این کنترلر از اهمیت بالایی برخوردار میباشد.
در این سطح از مبدلهای که بر اساس ریپل جریان القاگر راهاندازی میشوند،روشهای سنتی بر روی آن ها قابل پیاده سازی نمیباشد،همچنین مدلسازی براساس ریپل جریان القاگر عملکرد بسیار دقیق مبدل را نشان خواهد داد،روش فیدبک دینامیکی خروجی 3متقابل ، بطور مناسبی خروجیها را نسبت بهم مستقل می کند و همچنین فیدبک خروجی دینامیکی داخلی خروجیها را در مقدار خود ثابت و پایدار نگه میدارد، در انتها مبدل − تک القاگر دو خروجی بعنوان نمایندهایی از این خانواده شبیه سازی گشته و نتایج حاصل از آن صحت محاسبات انجام شده را تایید کرده و همچنین توانایی این روش کنترلی برای کاهش اثرتنظیم متقابل رانشان می دهد.
مقدمه :
امروزه وسایل قابل حمل شامل چندین اجزاء جداگانه میباشند به عنوان نمونه پنل LCD ،ماژولهای مخابراتیRF و... در تلفن همراه ،که هر قسمت نیازمند تغذیه جداگانه بهمراه سطح ولتاژ های متفاوت هستند، و تمام این سطوح ولتاژ تنها از طریق یک منبع ولتاژ - باطری - باید فراهم شود و همچنین بهترین عملکرد بهمراه حداقل حجم را دارا باشد .
مبدلهای تک القاگر چند خروجی راه حل بسیار مناسب و همچنین جایگزین مطمئن نسبت به روش های سنتی همانند استفاده بصورت موازی از مبدل ها جداگانه میباشد. مبدل های تک القاگر چند خروجی بدلیل استفاده از حداقل کلید ممکن تلفات کلیدزنی بسیار پایین و همچنین با توجه به استفاده از تنها یک القاگرحداقل حجم و هزینه را دارا می باشد
این دسته از مبدلها در قبال مزیت-های فروان دارای یک عیب بزرگ بنام اثر تنظیم متقابل می باشند. بدلیل اینکه تمامی خروجیها به یک نقطه مشترک کلیدزنی متصل شدهاند در صورت تغییر بار در یک خروجی اثر تنظیم متقابل اتفاق می افتد و خروجیهای دیگر نیز تحت تاثیر آن قرار میگیرند[4]این پدیده عملکرد مبدل را در حالت دائمی و گذراء تحت تاثیر قرار می دهد.در صورت قرار دادن زمان مرده4بین کلید زنیها بمنظور حذف این پدیده ضربه ولتاژ در خروجیها را خواهیم داشت که صدمه جدی را به مبدل وارد می کند،روش بعدی استفاده از یک کلید هرزگرد بر روی القاگر می باشد تا خروجیها را نسبت بهم مستقل کند اما این روش باعث کاهش بازدهی مبدل خواهد شد و با توجه به افزایش کلید تلفات کلیدزنی بیشتر و همچنین با افزایش تعداد خروجی ها طراحی سیستم نسبت به استفاده از روش های سنتی همانند استفاده از مبدل هایکاهنده-افزاینده بصورت موازی پیچیده ترمیشود [5] روش کلاسیک فضای حالت بدلیل عدم در نظر گرفتن ریپل جریان القاگر در معادلات خود نمیتواند عملکرد دقیق مبدل را به نمایش بگذارد.
در این مقاله بر اساس ریپل جریان القاگر مبدل را مدل و تجزیه تحلیل خواهیم کرد و در ادامه با استفاده از کنترلر فیدبک دینامیکی خروجی داخلی و متقابل نه تنها پایداری مبدل بلکه کاهش اثر تنظیم متقابل بین خروجیها را هم تضمین میکنیم. در قسمت II روش های موجود برای کاهش این اثر بهمراه مزایا و معایبشان بررسی میشود.عملکرد مبدل تک القاگر دو خروجی در قسمت III و در قسمت بعد - IV - مدل کردن مبدل براساس ریپل جریان القاگر نشان داده شده،کنترلر فیدبک دینامیکی خروجی داخلی و متقابل بهمراه انتخاب دینامیک مناسب برای فیدبک خروجیها با جزییات در - V - به همراه شبیه سازی ها تجزیه و تحلیل گشته. در نهایت در قسمت - VI - نتیجه گیری انجام گرفته شده است.
- روش های موجود ، برای مبدل تک القاگر چند خروجی ، بمنظور کاهش اثر تنظیم متقابل
عملکرد این مبدلها بر اساس مالتی پلکس زمان5 و اشتراک جریان 6می باشند.در حالت مالتی پلکس زمان یک دورهی کلیدزنی به "n" قسمت تقسیم شده و هر قسمت برای راه اندازی یک خروجی در نظر گرفته می شود،در این حالت القاگر شارژ شده و در خروجی های متفاوت بر اساس زمان بندیهای تنظیم شده برای هر قسمت دشارژ می شود
در[7] از روش مالتی پلکس زمان برای جداسازی خروجیها در حالتDCM7 استفاده شده ، اگرچه خروجیهادر این حالت کاملاً از هم متمایز شده اند اما حالت - DCM - تنها در بارهای پایین مناسب می باشد و توانایی کنترل بارهای بالا را ندارد . حالت8PCM ترکیبی از حالت 9CCMوDCM می باشد و مزیت هردو حالت را دارا است و بارهای متوسط را بخوبی می توان با آن کنترل کرد ولی نیازمند کلید هرزگرد میباشد،پس به نسبت تلفات و هزینه بیشتری با توجه به افزایش کلید دارد در [8]مبدل را در حالتPCM براساس حلقه های جریانی مستقل از بار کنترل می کند،اگرچه خروجیها با استفاده از باند محدود10و مستقل کنترل میشوند اما مبدل بخاطر ریپل بالا و پایداری پایین در بارهای بالا بلااستفاده خواهد بود .
در صورت استفاده از حالت جریان پیوسته CCM با استفاده از حلقه های تو در تو با سرعت بالا می توان این اثر را در بارهای بالا کاهش داد،در حالت CCM این مبدلها توسط چندین مدلاسیون پهنای پالس - - PWM بهمراه ترکیب مناسب از خطاهای خروجی کنترل میشوند. در [9] حلقه کنترلی یک ماتریس ساده قطری می باشد که در این حالت مبدل می تواند بارهای بالا را تحمل کند اما دارای ریپلهای بالا و اثر تنظیم متقابل قابل توجهایی میباشد. خوشبختانه عملکرد CCM در [10] اثر تنظیم متقابل را با استفاده از خازن شناور برطرف کرده است،ولی استفاده از خازن،هزینه و حجم مبدل را بالا میبرد.
همچنین [11] عملکرد مبدل تک القاگر چند خروجی کاهنده را با استفاده از روش میانگین جریان برای تنظیم جریان میانگین القاگر، و کنترل شارژ و دشارژ آن به منظور انتقال به هر خروجی استفاده کرده است، اما در این حالت به ازاء تغییرات بالا بار ، افزایش اثر تنظیم متقابل انتظار می رود.
در [12] ولتاژ نقطه مشترک را بجای خروجی ها تنظیم میکند که با افزایش جریان القاگر باعث افزایش شدید اثر متقابل در خروجی ها می شود.در نتیجه چالشهای موجود در طراحی مبدل تک القاگر چند خروجی شامل کاهش ریپل ولتاژ های خروجی در بار های بالا ،پایداری ولتاژ در نقطه تنظیم ، کاهش اثر تنظیم متقابل و دست یابی به بیشترین بازده ممکن درمبدل میباشند.در ادامه عملکرد مبدل تک القاگر دو خروجی کاهند11هSIDOرا به عنوان نمایندهایی از خانواده SIMO مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و عملکرد کنترلر پیشنهادی را بمنظور دستیابی به خواسته های مورد نظر آزمایش خواهیم کرد
