بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله یک مبدل DC-DC افزاینده موازی ZVT ارائه شده است. مبدل کلیدزنی نرم پیشنهادی، از یک مبدل DC-DC افزاینده موازی و یک مدار کمکی شامل دو سوئیچ کمکی، دو دیود کمکی، دو خازن رزونانسی، دو سلف رزونانسی و یک خازن اسنابر تشکیل شده است. در این مبدل سوئیچهای اصلی در شرایط گذار ولتاژ صفر - ZVT - روشن و تحت شرایط کلیذزنی ولتاژ صفر - ZVS - خاموش میگردند. سوئیچهای کمکی نیز در شرایط کلیدزنی جریان صفر - ZCS - روشن و تحت شرایط گذار جریان صفر - ZCT - خاموش میگردند.
سایر المانهای نیمههادی نیز تحت شرایط کلیدزنی نرم عمل مینمایند. هیچ گونه استرس ولتاژ و جریان اضافهای بر روی سوئیچهای اصلی و دیودهای اصلی وجود ندارد. استرس ولتاژ سوئیچهای کمکی تنها اندکی بیش از ولتاژ خروجی میباشد. همچنین استرس جریان سوئیچهای کمکی نیز کمی بیشتر از نصف جریان ورودی باشد تا بتواند شرایط گذار ولتاژ صفر - ZVT - را برای سوئیچهای اصلی فراهم آورند. در نتیجه مبدل پیشنهادی علاوه بر کاهش تلفات کلیدزنی، باعث افزایش تلفات هدایتی نمیگردد. عملکرد مبدل ارائه شده توسط نرم افزار MATLAB در فرکانس 100 کیلو هرتز و توان 120 وات مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیهسازی موید کارایی این مبدل میباشد.
-1 مقدمه
مبدل های کلیدزنی فرکانس بالا به دلیل حجم کم، چگالی توان بالا، پاسخ سریع و کنترل ساده به صورت گسترده در صنعت امروز استفاده می شوند. مبدل افزاینده DC-DC به دلیل بهره ولتاژ بالا از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. افزایش فرکانس، چگالی توان را افزایش و حجم مبدل را کاهش میدهد. اما باعث افزایش تلفات کلیدزنی و در نتیجه کاهش راندمان مبدل میگردد.
برای حل مشکل فوق و کاهش تلفات کلیدزنی، تا کنون روشهای کلیدزنی نرم بسیاری از جمله کلیدزنی نرم توسط اسنابرهای پسیو و غیر پسیو[1-5]، کلیدزنی نرم گذار ولتاژ صفر [6-9] - ZVT - ، گذار جریان صفر [10- 13] - ZCT - و گذار ولتاژ و جریان صفر [14] - ZVT-ZCT - ارائه شده است. اما در این مبدلها مدار کمکی و رزونانس ناشی از سلف و خازن این مدار کمکی باعث افزایش استرس جریان و یا استرس ولتاژ بر روی المان های نیمه هادی می گردد.
افزایش استرس جریان بر روی سوئیچها و یا دیودهای مبدل مستقیما باعث افزایش تلفات هدایتی مبدل میگردد. استرس ولتاژ نیز موجب میگردد از المانهایی با مقادیر نامی بالاتر استفاده گردد که باز هم موجب افزایش تلفات هدایتی مبدل می گردد. همچنین در برخی از این مبدل ها وجود المان های کمکی کلیدزنی نرم در مسیر انتقال توان به خروجی و یا مسیر شارژ سلف ورودی باعث افزایش تلفات هدایتی میگردد. برای حل مشکل افزایش استرس سوئیچ ها و دیودهای مبدل و درنتیجه افزایش تلفات هدایتی، مبدل شکل 2 ارائه شده است.
مبدل پیشنهادی، از یک مبدل افزاینده اینترلیود که یک سلول مدار کمکی شامل دو سوئیچ کمکی یک طرفه Sa1 و Sa2، دو دیود Da1، Da2، دو سلف Lr1 و Lr2 و یک خازن CS تشکیل شده است. همچنین دو خازن رزونانس Cr1 و Cr2 موازی با سوئیچ های اصلی قرار داده شده است. در این مبدل سوئیچ های اصلی در شرایط گذار ولتاژ صفر - ZVT - روشن و در شرایط کلیدزنی ولتاژ صفر - ZVS - خاموش میشوند.
همچنین سوئیچ های کمکی در شرایط جریان صفر - ZCS - روشن و در شرایط گذار جریان صفر - ZVS - خاموش می شوند. مدار کمکی شرایط گذار ولتاژ صفر - ZVT - را برای هر دو سوئیچ اصلی فراهم می آورد. سایر المان های نیمه هادی نیز در شرایط کلیدزنی نرم عمل می کنند. دیودهای کمکی Da1 و Da2 مانع بازگشت توان از مدار کمکی به سوئیچ های اصلی می شوند. در این مبدل از رزونانس اضافی برای دشارژ خازن CS، جلوگیری شده است.
هیچ گونه استرس ولتاژ و جریانی بر روی هیچ کدام از المانهای اصلی مبدل افزاینده اینترلیود وجود ندارد. استرس ولتاژ سوئیچهای کمکی تنها اندکی بیش از ولتاژ خروجی می باشد. همچنین استرس جریان سوئیچ های کمکی نیز باید بیشتر از نصف جریان ورودی باشد تا بتواند شرایط گذار ولتاژ صفر - ZVT - را برای سوئیچهای اصلی فراهم آورند.
-2 عملکرد مبدل ارائه شده
این مبدل در طول یک دوره کلیدزنی خود در شانزده وضعیت مختلف عمل می کند. به دلیل مشابه بودن عملکرد در نیم سیکل اول با نیم سیکل دوم هر دوره کلیدزنی، تنها نیم سیکل نخست آن مورد بررسی قرار گرفته است. نیم سیکل دوم نیز عملکردی مشابه و مکمل با نیم سیکل اول خواهد داشت. وضعیت های مختلف عملکرد مبدل در شکل 3 و شکل موجهای مهم آن در شکل 4 نشان داده شده است.
بازه اول : - t0 W <W1 - در وضعیت اول فرض شده است سوئیچ اصلی S1 خاموش و سوئیچ اصلی S2 روشن می باشد. بنابراین جریان سلف ورودی Li1 از طریق دیود خروجی DO1 به بار منتقل میشود و سلف ورودی Li2 از طریق سوئیچ S2، توسط منبع شارژ میگردد. همچنین خازن CS در جهت عکس تا مقدار مشخصی شارژ شده است. این بازه با روشن شدن سوئیچ کمکی Sa1 به اتمام میرسد.
بازه دوم : - t1 W <W2 - این بازه با روشن شدن سوئیچ کمکی Sa1 شروع می شود. روشن شدن سوئیچ کمکی به دلیل سلف Lr1، در شرایط جریان صفر - ZCS - صورت میگیرد. در این بازه جریان سلف LS از صفر شروع به افزایش می کند و خازن CS از مقدار اولیه خود شروع به شارژ شدن می نماید. دیود خروجی DO1 همچنان در حالت هدایت می باشد.
