توصيفگر ها :
مبدل اصلاح ضريب توان بدون‌پل , مبدل بدون‌پل چوك , سوئيچينگ نرم , مبدل فركانس بالا
چكيده فارسي :
امروزه با توجه به گسترش كاربرد لوازم الكترونيكي، نياز به ولتاژ يكسوشده بيش از پيش احساس مي‌شود. در دسترس‌ترين منبع انرژي براي ايجاد ولتاژ مورد نياز لوازم الكترونيكي، برق‌شهر است. با توجه به متفاوت بودن سطح ولتاژ مورد استفاده لوازم الكترونيكي با سطح ولتاژ يكسوشده‌ي برق‌شهر، يك مبدل سوئيچينگ براي تبديل ولتاژ برق‌شهر به سطح ولتاژ مطلوب نياز است. ايجاد ولتاژ تغذيه براي مبدل سوئيچينگ، صرفاً به‌كمك يكسوساز پل دايودي و خازن مناسب نيست؛ چراكه بارهاي غيرخطي متصل به شبكه و عمدتا يكسوسازها، باعث كشيده‌شدن يك جريان غيرخطي از شبكه مي‌شوند كه حامل هارمونيك‌هاي مختلفي از فركانس برق‌شهر است و باعث افت كل اعوجاج هارمونيك (THD) جريان ورودي و ضريب قدرت سيستم مي‌شود. بنابراين استاندارهاي بين‌المللي تدوين شده‌اند كه ميزان هارمونيك‌هاي تزريق‌شده به شبكه را كنترل و محدود مي‌كنند. به‌همين منظور، استفاده از مبدل‌هاي DC-DC به‌عنوان مبدل‌هاي اصلاح‌ضريب‌توان (PFC) بعد از يكسوساز پل‌دايودي رونق يافته‌اند. جهت كاهش تعداد المان‌هاي نيمه‌هادي در مسير توان در اين دسته از مبدل‌هاي PFC، مبدل‌هاي بدون‌پل PFC معرفي‌شده‌اند كه طبقه‌ي يكسوساز با طبقه‌ي PFC ادغام شده‌است. درصورتي كه مبدل‌هاي PFC اعم از مبدل‌هاي بدون‌پل PFC، به‌صورت ذاتي عمل اصلاح ضريب توان را انجام دهند، ضريب قدرتي نزديك يك دارند اما تنش جريان برروي المان‌هاي نيمه‌هادي زياد است كه در اين شرايط، تلفات ناشي از سوئيچينگ سخت المان‌هاي نيمه‌هادي، بازدهي مدار را تاحدودي كاهش مي‌دهد. براي ممانعت از كاهش بازدهي مدار، روش‌هاي سوئيچينگ نرم برروي مدار پياده‌سازي مي‌شوند. مبدل‌هاي بدون‌پل PFC نوع چوك به‌علت داشتن مزيت كنترل ساده و اصلاح ضريب توان ذاتي به‌صورت همزمان، همچنين مزيت توانايي ايجاد سطح ولتاژ بالاتر يا پايين‌تر از ولتاژ ورودي و عدم وجود زاويه‌ي مرده در جريان ورودي، مورد توجه قرار گرفته‌است. در اين پايان‌نامه، دو مبدل بدون‌پل PFC نوع چوك با سوئيچينگ نرم تمامي المان‌هاي نيمه‌هادي، اصلاح ضريب توان ذاتي، جريان هجومي اوليه‌ي محدود و THD كم در جريان ورودي معرفي شده‌است. سوئيچينگ نرم سوئيچ‌هاي اصلي در هر دو مبدل پيشنهادي، بدون افت THD جريان ورودي ايجاد شده‌است و در مبدل نوع اول كاملاً مستقل از تغييرات بار و ولتاژ ورودي است. مزيت عدم وابستگي به تغييرات بار در سوئيچينگ نرمِ مبدل دوم نيز وجود دارد. به‌علت كاهش تلفات در مبدل‌هاي ارائه شده، مي‌توان فركانس كاري را به‌ميزان مناسبي افزايش داد كه باعث كاهش اندازه‌ي المان‌هاي پسيو در مدار مي‌شود و حجم و وزن و تلفات مدار را كاهش مي‌دهد. در مبدل پيشنهادي اول، انرژي ذخيره‌شده در خازن اسنابر قابل بازيابي در خروجي است. بنابراين انرژي خازن اسنابر در مدار تلف نمي‌شود؛ اما تعداد المان‌هاي كلي مبدل پيشنهادي اول زياد است. ادغام المان‌هاي كمكي با المان‌هاي اصلي مبدل و كاهش المان‌هاي مداركمكي، مي‌تواند به كاهش هزينه و اندازه‌ي مدار و افزايش بازدهي كمك كند. در مبدل پيشنهادي دوم، تعداد المان‌هاي مدار كمكي كاهش يافته و ترانسفورمر كمكي با سلف خروجي مبدل ادغام شده‌است. به‌علت THD جريان ورودي كم در مبدل‌هاي پيشنهادي، فيلتر بزرگ در ورودي براي شكل‌دهي به جريان احتياج نيست كه همين امر چگالي توان را افزايش مي‌دهد. تمامي ويژگي‌هاي ذكرشده، منجر به افزايش بازدهي سيستم مي‌شود. هر دو مبدل پيشنهادي در توان 200W و ولتاژ خروجي 80V و فركانس سوئيچينگ 100kHz در آزمايشگاه به‌صورت عملي مورد پژوهش قرار گرفت. نتايج حاصل از ساخت نمونه‌ي آزمايشگاهي، صحت عملكرد و روابط تئوري را در هر دو مبدل به‌خوبي نشان مي‌دهد. بازدهي مبدل پيشنهادي اول و دوم در بار كامل و بيشينه بازدهي مبدل پيشنهادي دوم، به‌ترتيب برابر 94.11% ، 94.5% و 94.68% اندازه‌گيري گرديد.
چكيده انگليسي :
Todays, incredible growth in electronic equipment has resulted in more DC voltage and power supplies which employ rectifiers. In rectifiers, the current drawn from the power line is non-sinusoidal and contains harmonic pollutions which cause more total harmonic distortion (THD) and less power factor (PF) in power systems. Therefore, international standards such as IEC61000-3-2 have been enacted to limit these harmonic pollutions. To meet these standards, switching converters as power factor correction (PFC) converters are introduced. To decrease the number of semiconductors placed in the power flow path, bridgeless (BL) PFCs are developed which merge the input diodes and the PFC stage. In PFCs with inherent power factor correction, near unity PF is attained, but they suffer from high current stress which decreases the system efficiency. To prevent system efficiency reduction, soft switching techniques should be employed. The researchers have concentrated on improving BL-Cuk PFCs due to simultaneous simple control circuitry, inherent PF correction, and low current stress. Also, the capability of creating output voltage lower or higher than the input voltage and the lack of dead angle in BL-Cuk input current, make the BL-Cuk PFC a proper choice for many applications. In this thesis, two BL-Cuk PFC converters with fully soft switching operation, intrinsic PF correction, restricted inrush current, and low THD are introduced. Soft switching operation in both BL-Cuk PFCs is independent of load variations and the first BL-Cuk is also independent of input voltage variations. The energy of the first BL-Cuk PFC snubber capacitor is recoverable into the output but it suffers from high number of elements. By merging the main elements and auxiliary elements in the second BL-Cuk PFC, the system size and cost are reduced and the total efficiency is improved. Due to the low THD of the BL-Cuk input current, the input filter can be eliminated and the power density is enhanced. Both proposed converter prototypes are implemented at 200W output power, 80V output DC voltage, and 100kHz operating frequency. The results obtained from the implemented prototypes verify the theoretical concepts and analysis. The efficiencies of the two proposed PFC converters at full load condition are 94.11% and 94.5%.
