توصيفگر ها :
ايزوله , اصلاح ضريب توان , مبدل هاي اصلاح ضريب توان تك مرحله اي , مبدل هاي اصلاح ضريب توان تك مرحله اي - بدون پل , كليدزني نرم
چكيده فارسي :
روزبهروز ميزان استفاده از وسايل الكترونيكي در حال افزايش است. اين در حالي است كه اكثر وسايل الكترونيك براي كاركرد صحيح، احتياج به ولتاژ مستقيم دارند و در دست ترين منبع تامين توان، برق شهر با ولتاژ متناوب است. اين موضوع باعث افزايش استفاده از يكسوسازها شدهاست. با توجه به اين كه يكسوسازها، بارهاي غيرخطي هستند؛ اتصال آنها به شبكه موجب تزريق هارمونيكهاي جريان به شبكه شده و شكل جريان را از حالت سينوسي خارج ميكند. يكي از پركاربرترين روشها براي تبديل ولتاژ متناوب به مستقيم استفاده از منابع تغذيه كليدزنياست. در منابع تغذيه ابتدا ولتاژ برق شهر به ولتاژ يكسوشده تبديلشده و سپس توسط مدارهاي تنظيمكننده به سطح مطلوب براي مصرفكننده تنظيم ميشود. عمليات يكسوسازي توسط پل دايودي و خازن صافي انجام ميشود كه اين ساختار به علت غيرخطي بودن، جريانهاي غير سينوسي از شبكه اخذ ميكند. دريافت جريانهاي غير سينوسي از شبكه باعث تزريق هارمونيك به شبكه قدرت شده و مشكلات زيادي براي شبكه ايجاد ميكند. براي جلوگيري و محدود كردن ميزان هارمونيك تزريقي توسط مصرفكنندهها به شبكه استانداردهايي تدوينشدهاست. تبعيت از اين استانداردها براي لوازم الكترونيكي كه به شبكه متصل ميشوند ضروري است. لذا نياز به مدارات اصلاح ضريب توان در منابع تغذيه به منظور كاهش هارمونيكهاي تزريقي به شبكه توزيع توان از اهميت بالايي برخوردار ميباشد. همچنين به علت قيمت بالاي انرژي، به منابع تغذيهاي نياز است تا بيشترين بازدهي را داشته و هزينههاي مصرفكننده را كاهش دهند.
در اين پاياننامه سه ساختار مبدل اصلاح ضريب توان تكمرحلهاي با هدف كاهش تلفات و بهبود بازده معرفي شدهاست. مبدل پيشنهادي اول كه تركيبي از مبدلهاي فلايبك و بوست است، با بهرهگيري از كليد همزمان علاوه بر ايجاد شرايط كليدزني نرم و حذف تلفات كليدزني، تلفات هدايتي را نيز كاهش ميدهد. با اين حال به دليل استفاده از پل دايودي، بخشي از توان بر روي دايودهاي يكسوساز ورودي تلف شده و باعث كاهش بازده مدار ميشود. لذا به منظور رفع اين مشكل، مبدل پيشنهادي دوم ارائه شدهاست. در اين ساختار، با ادغام دايودهاي يكسوساز ورودي با كليدهاي قدرت، تلفات كاهش يافته است و بازده بهبود پيدا ميكند. همچنين براي دستيابي به كليدزني نرم از يك مدار كمكي استفاده شده است. با وجود اين، بخشي از توان همچنان بر روي دايود مسير خروجي تلف ميشود كه باعث افت بازده ميشود. براي رفع اين محدوديت، مبدل پيشنهادي سوم مطرح شد. اين مبدل، يك ساختار بدون پل و تكمرحلهاي با تنها يك كليد قدرت است كه با افزودن كليد همزمان، تلفات دايود خروجي حذف شده و موجب بهبود بازده مدار شدهاست. دو مبدل پيشنهادي اول و دوم بهصورت كامل تحليل شده و نمونههاي آزمايشگاهي آنها به منظور بررسي صحت عملكرد و ارزيابي تحليلهاي تئوري ساخته شدهاند. نتايج عملي بهدستآمده نيز درستي عملكرد مدار را تأييد ميكند. علاوه بر اين، با توجه به بهكارگيري كليدزني نرم و كاهش تعداد المانهاي نيمههادي در مسير عبور توان، بازده مبدلهاي پيشنهادي در مقايسه با ساختارهاي موجود بهبود يافته است.
چكيده انگليسي :
The use of electronic devices is increasing day by day. Meanwhile, most electronic equipment requires direct voltage for proper operation, while the most accessible power source is the AC mains supply. This has led to a growing use of rectifiers. Since rectifiers are nonlinear loads, their connection to the grid results in the injection of current harmonics into the network, thereby distorting the current waveform from its sinusoidal form. One of the most widely used methods for converting AC voltage to DC is through switched-mode power supplies (SMPS). In these power supplies, the mains AC voltage is first rectified and then regulated by control circuits to the desired level for the load. The rectification process is performed by a diode bridge and a smoothing capacitor. However, due to the nonlinear nature of this structure, it draws non-sinusoidal currents from the grid. Drawing non-sinusoidal currents from the grid leads to the injection of harmonics into the power system, which causes various problems in the network. To prevent and limit the level of harmonics injected by consumers into the grid, specific standards have been established. Compliance with these standards is essential for all electronic equipment connected to the power grid. Therefore, the implementation of power factor correction (PFC) circuits in power supplies is of great importance to reduce the harmonics injected into the power distribution network. Moreover, due to the high cost of energy, there is a demand for power supplies that achieve maximum efficiency and minimize consumer costs.
In this thesis, three single-stage power factor correction converter topologies are proposed with the objective of reducing losses and improving efficiency. The first proposed converter, which is a combination of flyback and boost converters, utilizes a synchronous switch to achieve soft-switching conditions, thereby eliminating switching losses and reducing conduction losses. However, due to the use of a diode bridge, a portion of the input power is dissipated across the rectifier diodes, resulting in reduced efficiency. To address this issue, the second proposed converter is introduced. In this structure, by integrating the input rectifier diodes with the power switches, losses are reduced and efficiency is improved. In addition, a supplementary circuit is employed to achieve soft switching. Nevertheless, part of the power is still dissipated across the output diode, which lowers efficiency. To overcome this limitation, the third proposed converter is presented. This converter is a bridgeless, single-stage structure with only one power switch. By adding a synchronous switch, the output diode losses are eliminated, leading to enhanced overall efficiency. The first and second proposed converters are fully analyzed, and laboratory prototypes are constructed to verify their performance and validate the theoretical analyses. The experimental results confirm the proper operation of the proposed circuits. Furthermore, due to the implementation of soft switching and the reduction in the number of semiconductor components in the power path, the efficiency of the proposed converters is improved compared to existing structures.