توصيفگر ها :
مبدل بسياركاهنده , كليدزني در جريان صفر , مبدل مشتق شده از مبدل زتا , ضريب وظيفه افزايش داده شده
چكيده فارسي :
در يك دهه اخير انرژي الكتريكي، به عنوان يك انرژي گسترشپذير اهميت بسيار زيادي پيدا كردهاست. اين انرژي نه تنها به توسعه فناوري كمك شاياني كردهاست؛ بلكه در صنعت و همچنين استفادههاي خانگي نقش مهمي دارد. مبدلهاي الكترونيك قدرت وظيفه تامين ولتاژ تغذيه در اين تجهيزات را به عهده دارند و در كاربردهاي مختلف مورد استفاده قرار ميگيرند.
شارژر باطريها، منابع تغذيه بيوقفه و درايور الايدي ها همگي جزو كاربردهايي هستند كه به ولتاژهاي بسيار سطح پايين نياز دارند و به اين علت، ساختارهاي بسياركاهنده توجه بسيار زيادي را به خود جذب كرده اند. در ولتاژهاي پايين، اين مبدلها بايد استانداردها و ملزومات چالشي و مهمي را برآورده كنند تا بتوان از آن ها در كاربردهاي زيادي استفاده كرد. تعداد كم المانهاي نيمههادي، ريپل كم جريان خروجي، حجم و وزن كم، ساختار ساده، كنترل آسان و بازده بالا از اين جمله الزامات هستند و روشهاي مختلفي، براي رسيدن به آنها وجود دارد. استفاده از ترانسفورمر براي كاهش دادن بهره يكي از اين روشها است؛
اما در مواقعي كه ايزولاسيون مورد نياز نيست، اين روش باعث افزايش وزن، حجم و هزينه مدار ميشود. ميتوان از مبدلهاي كاهنده براي كاهش بهره به صورت پشت سرهم استفاده كرد؛ ولي اين كار باعث كاهش بازده ساختار ميشود. به منظور جلوگيري از كاهش بازده، ميتوان دو ساختار را با هم توسط يك كليد ادغام كرد؛ هرچند تنش ولتاژ و جريان اين روش بالاست. از ديگر روشها ميتوان به استفاده از خازن سريشده يا خازن كليدزنيشده اشاره كرد. يكي از روشهاي موثر در مبدلهاي بسياركاهنده، استفاده از سلفهاي تزويجشده است كه توانايي بالقوه كليدزني نرم را نيز به ساختار ميدهد.
در اين پاياننامه، يك مبدل غير ايزوله بسياركاهنده پيشنهاد داده شده است كه از مبدل زتا مشتق گرفته شده است و با استفاده از روش سلفهاي تزويجشده بهره بسيار پاييني را فراهم ميكند.
هرچند اين مبدل شبيه به مبدل زتا است؛ اما بسيار متفاوت با آن عمل ميكند. در واقع با كاهش اندازه خازن مياني در مبدل زتا، كليدزني نرم براي كليد اصلي، هم در زمان روشن شدن و هم خاموش شدن، فراهم شده است و در بازه وسيعي از توان خروجي صادق است. اين مبدل از حداقل المان مغناطيسي و نيمههادي استفاده ميكند و در ساختار آن فقط يك كليد، يك ديود و يك هسته مغناطيسي قرار دارد. به همين دليل ساختار داراي وزن و حجم بسيار كمي است و چگالي توان بالايي دارد.
همچنين اين ساختار را ميتوان به سادگي طراحي كرد. برعكس ساختارهاي مشابه، بهره مبدل پيشنهادي هم با تغيير ضريبوظيفه و هم فركانس كليدزني و هم مقدار المانهاي مدار عوض ميشود. براي افزايش هرچه بيشتر بازده، ديود با يكسوساز همزمان جايگزين شده است. چون ولتاژ هدايتي يك ديود از ماسفت همرده خود بيشتر است، اين جايگزيني بازده ساختار را افزايش ميدهد. تنها ايراد اين مبدل ريپل زياد جريان خروجي آن است كه تلاش شده است آن نيز بهبود يابد. به اين منظور يك سلول كاهش ريپل جريان به خروجي اضافه ميشود كه باعث ميشود جرياني با ريپل بسيار كم براي خروجي تامين شود. اين سلول به صورت موازي با بار خروجي قرار ميگيرد و شامل يك خازن بزرگ و يك شاخه از سلفهاي تزويجشده است. اين افزونه ساختار را پيچيده نميكند و بازده را كاهش نميدهد. با بررسي بازده اين ساختار، در تمام بازه توان خروجي، بازده اين مبدل بيشتر از 96 درصد باقي ميماند.
چكيده انگليسي :
In the last few decades, electricity has become very important as a renewable energy. This energy has not only contributed greatly to the development of technology; Rather, it has played a significant role in industry as well as household usages. One of the basic needs of these areas is supplying voltage for the equipment. Power electronic converters are responsible for this task and are used in various applications.
Battery chargers, uninterruptible power supplies, and LED drivers are all applications that require very low voltages, and due to their prevalence, high-step-down structures have gained a lot of attention. At low voltages, these converters must meet important, challenging and strict standards and requirements in order to be widely used. Few semiconductor elements, low output current ripple, low volume and weight, simple structure and easy control, and high efficiency are among these requirements.
Different techniques, to achieve the stated features, have been introduced so far. Using a transformer to reduce the gain is one of these techniques. This method increases the weight, volume and cost of the circuit when isolation is not required. Step-down converters can be used in series to reduce the gain; But this reduces the efficiency of the structure, and for this purpose, two structures are merged together by using a switch. Although the voltage and current stress of this method is high. Other techniques include the use of series capacitor or switched capacitor. But one of the effective techniques in high-step-down structures is the use of coupled inductors, which also gives soft switching potential to the structure, and it is also used in the proposed converter of this thesis.
In this thesis a non-isolated high-step-down converter is proposed, which is derived from the zeta converter and provides very low gain using the coupled inductor technique. Although this converter is similar to the zeta converter; But it works very differently. In fact, by reducing the size of the intermediate capacitor in the zeta converter, soft switching is provided for the main switch, both at turning on and off. This feature is true in a wide range of output power. This converter uses minimal magnetic and semi-conductor elements and in its structure there is only one core, one switch, one diode and one magnetic core, and for this reason the structure has very little weight and volume and has a high power density. Also, this structure can be easily designed and easily controlled. Contrary to similar structures, the gain of the proposed converter is controlled by changing the duty cycle, switching frequency, and the value of circuit elements. Also, the efficiency and density of this circuit is very high. To increase the efficiency as much as possible, the diode is replaced with a synchronous rectifier. Because the forward voltage of a diode is higher than its MOSFET counterpart, this substitution increases the efficiency of the structure. The only drawback of this ripple converter is its high output current, which has been tried to be improved. A current reduction cell is added to the output, which causes a very low ripple current to be supplied to the output. This cell is placed in parallel with the output load. This cell consists of a large capacitor and a branch of coupled inductors. This cell does not complicate the structure and does not reduce efficiency. By examining the efficiency of this structure, in the entire output power range, the efficiency of this converter remains more than 96%.