12602

11529

كارشناسي ارشد

الكترونيك

اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده برق و كامپيوتر

1396

هشت، 102ص.: مصور، جدول، نمودار

ص. ع. به فارسي و انگليسي

احسان اديب

حسين فرزانه‌ فرد

1396/05/04

كتابنامه

برق و كامپيوتر

مهندسي برق و كامپيوتر

ID11529

چكيده مبدل هاي ايزوله نوع فوروارد و فاليبك از جمله مبدلهاي DC DC سوئيچينگ هستند كه به دليل سادگي ساختار و تعداد المانهاي كمتر نسبت به مبدلهاي نوع پل در ساختارهاي منابع تغذيه با توان پايين و متوسط استفاده ميشوند به طور كلي منابع تغذي ه تاثير به سزايي در حجم وزن و بازده كلي يك دستگاه الكترونيكي دارند همچنين به دليل ماهيت كليدزني منابع تغذيه سوئيچينگ و توليد هارمونيكهاي فركانس باال اين مبدلها جز منابع اصلي توليد نويز در هر دستگاهي به شمار ميآيند راه كار اصلي كاهش حجم منابع تغذيه سوئيچينگ افزايش فركانس كليدزني است اما افزايش فركانس دو مشكل عمده ايجاد ميكند اوال باعث افزايش تلفات سوئيچينگ ميشود دوم منجر به تشديد نويز و تداخلهاي الكترومغناطيسي EMI شده و در عملكرد مدارهاي كنترلي خود مبدل و ساير مدارهاي الكترونيكي مجاور خود اختالل ايجاد ميكند به منظور كاهش تلفات سوئيچينگ و تداخلهاي الكترومغناطيسي در فركانسهاي باال از روشهاي سوئيچينگ نرم استفاده ميشود مدارهاي اسنابر غيرتلفاتي مبدلهاي رزونانسي و شبه رزونانسي و مدارهاي گذار نرم از جمله اين روشها هستند در مدارهاي گذار نرم در مقايسه با اسنابرهاي غيرتلفاتي معموال تعداد المان كمتري استفاده ميشود همچنين در اين مبدلها برخالف مدارهاي رزونانسي و شبه رزونانسي زمان رزونانس به لحظات سوئيچينگ محدود ميشود كه عالوه بر امكان كنترل مبدل به روش PWM مقدار RMS ولتاژ و جريان المانها نيز كاهش مييابد براي پيادهسازي روشهاي گذار نرم معموال از يك سوئيچ و تعدادي المان پسيو استفاده ميشود كه ميتواند شرايط سوئيچينگ نرم را براي المانهاي نيمههادي مدار مستقل از تغييرات بار خروجي و ولتاژ ورودي ايجاد كند در اين مبدلها نرمبودن همه سوئيچها شامل سوئيچ اصلي و كمكي ميزان استرس ولتاژ و جريان سوئيچها و همچنين ميزان تلفات خازني سوئيچهاي مبدل از جمله معيارهاي ارزيابي هستند همچنين استفاده از حداقل تعداد المان ممكن ميتواند در افزايش چگالي توان مبدل و كاهش المانهاي پارازيتي مؤثر باشد و متعاقبا باعث كاهش هرچه بيشتر EMI مبدل بشود در كنار پرداختن به روش هاي سوئيچينگ نرم و تاثير آن در كاهش تلفات سوئيچينگ الزم است به صورت تخصصي به مبحث EMI در اين مبدلها نيز پرداخته شود روشهاي متنوع ديگري مانند استفاده از فيلتر EMI روشهاي جبرانسازي نويز روشهاي ايجاد باالنس و تقارن در مسير نويز هدايتي و الگوريتمهاي كنترلي كاهش نويز ازجمله روشهايي است كه عالوه بر روش سوئيچينگ نرم براي كاهش نويز پيشنهاد شده است هر يك از اين روشها معايبي دارند كه عبارتند از افزايش حجم و وزن مدار پيچيدگي پيادهسازي و همچنين تاثير منفي بر بازده كلي مبدل در اين پاياننامه ابتدا مبدلهاي فوروارد گذار نرم موجود به همراه مبدلهاي فوروارد دوسوئيچه با قابليت سوئيچينگ نرم معرفي ميشوند و مزايا و معايب هر يك مورد بررسي قرار ميگيرد و سپس يك مبدل فوروارد گذار نرم نوع ZVT پيشنهاد مي شود كه اين مبدل از كمترين تعداد المان ممكن تنها يك سوئيچ و يك خازن در ساختار خود بهره برده است و بدون استفاده از هيچ المان مغناطيسي اضافه شرايط سوئيچينگ نرم را ايجاد كرده است همچنين در اين مبدل تلفات خازني سوئيچ كمكي بسيار پايين ميباشد و قابليت عملكرد مبدل در فركانس هاي باالتر با بازده باال و نويز كم را فراهم كرده است عالوه بر اين براي استفاده از اين مبدل در ولتاژهاي ورودي باالتر اين مدار كمكي بر روي مبدل فوروارد دوسوئيچه نيز پيادهسازي شده است كه ميتواند با حفظ مزاياي مدار قبلي شرايط سوئيچينگ نرم براي هر دو سوئيچ اصلي مبدل و سوئيچ كمكي را مستقل از شرايط مدار ايجاد كند پس از آن مفاهيم اوليه EMI هدايتي منابع توليد نويز در منابع تغذيه سوئيچينگ و روشهاي مختلف كاهش EMI در مبدلهاي سوئيچينگ بررسي شده است و سپس مبدل فوروارد پيشنهادي از نظر EMI مورد بررسي قرارگرفته و جهت شبيهسازي ارزيابي و مقايسه سطح نويز اين مبدل به همراه چندين مبدل ديگر مدلسازي شدهاست همچنين به منظور كاهش بيشتر نويز مبدل يك ساختار متقارن بر روي مبدل ZVT پيشنهادي پيادهسازي شده است كه ميتواند بدون تاثير منفي بر حجم و بازده مبدل و بدون استفاده از فيلتر EMI مد مشترك استاندارد نويز هدايتي CISPR 22 Class A را برآورده كند مبدل هاي ارائه شده در اين پايان نامه به طور كامل تجزيه و تحليلشده اند و روش طراحي دقيق مبدل با جزئيات كامل بيان شده است همچنين صحت تحليلهاي تئوريك ارائهشده توسط نتايج شبيه سازي و نتايج عملي نمونه آزمايشگاهي اثبات شده است عالوه بر اين به منظور تاييد روشهاي پيادهسازي شده كاهش نويز و برآورد استاندارد نويز مورد نظر EMI هدايتي نمونههاي آزمايشگاهي به صورت عملي اندازهگيري و مقايسه شدهاند در پايان نتيجه گيري و پيشنهادات براي ادامه تحقيقات بيان ميشود

103 Investigation and Improvement of Soft Transition Forward Converters and Conducted EMI Evaluation and Mitigation Ramin Rahimzadeh Khorasani r rahimzade@ec iut ac ir Department of electrical and computer Engineering Isfahan Isfahan 84156 8311 Iran Degree M Sc Language Persian Supervisor Dr Ehsan Adib E Adib@CC iut ac ir Abstract Forward and flyback isolated DC DC converters are widely used in low and medium power supplyapplications due to simple structure and low number of components Switching power supplies are the mainsource of electromagnetic interferences EMI in electrical devices Also these converters have a significanteffect on the weight volume and the total efficiency of devices The main solution of power densityaugmentation is increasing the frequency of switching converters However it causes to increment of bothswitching losses and EMI especially in high frequency applications In order to reduce switching losses andelectromagnetic interferences of high frequency converters soft switching methods are proposed Losslesssnubbers resonant and quasi resonant converters and also soft transition methods are the main techniques toprovide soft switching condition in switching power supplies Soft transition converters usually have lownumber of components in comparison to lossless snubbers Also unlike resonant converters PWM control isprepared for soft transition circuits due to short period of resonance In order to implement soft transitionmethods ordinarily one auxiliary switch and several passive components are used which can provide softswitching condition independent of line and load variations for semiconductor components of converter Insoft transition circuits soft switching of all switches current and voltage stress and also capacitive turn onloss of switches are the important criteria of evaluation In addition employing minimum number ofcomponents can be effective to achieve high power density and lower parasitic elements which results in furtherreduction of EMI In order to reduce EMI and meet very stringent requirements other methods should beinvestigated in addition to soft switching methods Some of these EMI reduction methods are EMI filter noisecompensation methods balance and symmetry methods and spread spectrum algorithms which can be usedalong with soft switching techniques to reduce EMI Increase in the weight and volume of converters complexity to implement and also adverse effects on the efficiency are the main drawbacks of these methods In this thesis existing soft transition forward converters along with various soft switching two switch forwardconverters are discussed and then the principles of conducted electromagnetic interferences and the solutionsof EMI reduction in switching power supplies are investigated After that a new ZVT forward converter isproposed which has low number of auxiliary components comprising a switch and a capacitor Also in theproposed converter due to the usage of leakage inductance as a resonant inductor no extra electromagneticelement is used Also in the proposed converter the auxiliary switch has low stress and thus low capacitiveturn on losses Moreover in order to employ this converter in high input voltage applications the proposedauxiliary circuit is applied to two switch forward converter which retains all benefits of the proposed ZVTforward circuit In order to evaluate the EMI of the proposed ZVT forward converter the EMI model of thisconverter is extracted Finally in order to reduce EMI of the proposed converter and meet requirements asymmetric structure is proposed for this converter The proposed converters in this thesis are analyzed in detailsand design considerations are presented Also to verify the theoretical analysis practical results of theconverter s prototype in addition to simulation results are presented Moreover in order to verify noise analysisand meet EMI requirements EMI of the prototypes are measured practically and compared each other At theend conclusi

احسان اديب

حسين فرزانه‌ فرد