توصيفگر ها :
اصلاح ضريب توان , مدار راه انداز چراغ LED , مبدل هاي اصلاح ضريب توان بدول پل , كليدزني نرم
چكيده فارسي :
امروزه با گسترش فناوري استفاده از لوازم الكترونيكي در ابعاد زندگي روزمره افزايش يافته است. بنا براين براي تبديل برق شهر به ولتاژ يكسو شده‌ي موردنياز لوازم الكترونيكي، به طور گسترده‌اي از منابع تغذيه‌ي كليدزني استفاده ميشود. در منابع تغذيه ابتدا ولتاژ برق شهر به ولتاژ يكسو‌شده تبديل شده و سپس توسط مدارهاي تنظيم‌كننده به سطح مطلوب براي مصرف‌كننده تنظيم ميشود. عمليات يكسوسازي توسط پل دايود و خازن انجام ميشود كه اين ساختار به علت غيرخطي بودن، جريان‌هاي غير سينوسي از شبكه اخذ مي‌كند. اين جريان‌هاي غير سينوسي شامل فركانس هاي مختلفي از برق شهر هستند كه باعث مي‌شوند ضريب توان كاهش يابد. بنابراين استاندارد هاي بينالمللي تدوين شده اند كه ميزان هارمونيك‌هاي تزريق شده به شبكه را محدود و كنترل مي نمايند. به منظور بهبود ضريب توان و كاهش هارمونيك‌ها، به تصحيح ضريب توان فعال نياز است. استفاده روزافزون از روشنايي LED، آينده‌اي روشن براي توجه بيشتر به مسائل مربوط به كيفيت برق در درايور‌هاي LED با روشنايي بالا مورد توجه واقع شده است. اين چراغ‌ها نياز به يك مدار راه انداز دارند. براي كاهش تلفات الكتريكي مدار راه انداز از مدارهاي كليدزني سوئيچينگ استفاده ميشود. همچنين به علت قيمت بالاي انرژي به منابع تغذيه‌اي نياز است تا بيشترين بازدهي را داشته و هزينه‌هاي مصرف‌كننده را كاهش دهند. جهت افزايش بازده مبدل‌هاي اصلاح ضريب توان، با ادغام پل دايود ورودي آن با ساختار مبدل، با كاهش المان‌هاي در مسير توان، تلاش ميشود راندمان مدار افزايش پيدا كند. اين مبدل در ساختار بدون پل ارائه شده است تا المان هاي در مسير توان كاهش يابد تا در نتيجه تلفات هدايتي كمتر شود و بازده مدار افزايش يابد. به علاوه به علت تمايل به كاهش ابعاد و وزن مبدل، بايد فركانس كاري آن افزايش يابد كه اين امر خود باعث افزايش تلفات كليدزني شده و بازده را كاهش مي‌دهد. لذا جهت كاهش تلفات كليد زني از روشهاي كليدزني نرم استفاده ميشود.
در اين پايان نامه دو نمونه از مبدل اصلاح ضريب توان بدون پل باك- بوست در وضعيت عملكرد جريان گسسته پيشنهاد شده است. اين نوع مبدل‌ها ضريب تواني نزديك يك دارند اما به علت ازدياد استرس جريان بر روي المان‌هاي نيمه هادي، تلفات ناشي ازسوئيچينگ سخت المان‌ها بازدهي مدار را كاهش مي‌دهد. براي جلوگيري از كاهش بازدهي و افت توان روشهاي سوئيچينگ نرم بر روي مبدل پياده سازي ميشود. مبدل‌هاي اصلاح ضريب توان بدون پل جريان گسسته به دليل داشتن مزيت اصلاح ضريب توان ذاتي و كنترل ساده، همچنين توانايي ايجاد ولتاژ پايين تر يا بالاتر از سطح ولتاژ ورودي و عدم وجود زاويه گذر از صفردر جريان ورودي، مورد توجه قرار گرفته‌اند. مبدل‌هاي پيشنهادي داراي اصلاح ضريب توان ذاتي، جريان هجومي اوليه محدود و THD كم مي‌باشند. همچنين مزيت مبدل‌هاي پيشنهادي، فراهم كردن زمين مشترك بين ورودي و خروجي است كه تداخل الكترومغناطيسي و نياز به فيلتر حالت مشترك الكترومغناطيسي را كاهش مي دهد و باعث افزايش چگالي توان و كاهش نويز مد مشترك مي شوند. مبدل‌هاي پيشنهادي اول و دوم داراي المان كم وكليدهاي هر دو مبدل به صورت نرم روشن مي‌شوند. اما در مبدل پيشنهادي اول به علت خاموش شدن سوئيچ‌ها به صورت سخت، تلفات مدار افزايش مي‌يابد كه در مبدل پيشنهادي دوم اين مشكل رفع شده و كليدها به صورت نرم تحت جريان صفر خاموش مي‌شوند. همچنين در مبدل پيشنهادي دوم تمامي المان‌هاي نيمه‌هادي به صورت نرم كليدزني مي‌شوند. باتوجه به كاربرد مبدل هاي پيشنهادي در راه انداز چراغ LED اين مبدل‌ها در توان ثابت برسي شده‌اند. نمونه هاي عملي اين مبدل در آزمايشگاه ساخته شده است و در فصل هاي مربوطه مورد بحث وبرسي قرار مي‌گيرند. نتايج عملي نشان مي‌دهد كه مبدل هاي پيشنهادي توانسته‌اند ضريب توان و THD مبدل را بهبود ببخشند. همچنين به دليل كاهش المان‌هاي عبوري در مسير توان و كليد زني نرم، بازده مبدل هاي پيشنهادي اول و دوم در مقايسه با ساير ساختارهاي موجود بهبود يافته و به ترتيب 94.%91 و 94% محاسبه شده‌است.
چكيده انگليسي :
In the era of widespread technology integration, electronic devices have become an indispensable part of our daily lives, driving the need for efficient power conversion. Switching power supplies play a crucial role in transforming grid voltage into the required voltage for these devices. However, the initial rectification process using diode and capacitor bridges introduces nonlinearity and non-sinusoidal currents, impacting power factor and leading to harmonics. International standards address this issue by regulating harmonic injection. Power factor correction becomes essential, especially with the growing importance of high-brightness LED lighting systems, which employ starter and switching circuits to optimize efficiency. In this context, this research proposes an innovative approach to enhancing power factor correction converters by integrating the input diode bridge into the converter structure. This integration reduces the number of elements in the power path, resulting in improved circuit efficiency. A bridgeless converter configuration is introduced to further enhance efficiency by reducing conduction losses and streamlining the power path. To address increased switching losses at higher operating frequencies, soft switching techniques are employed. The study presents two instances of power factor correction converters operating without a bridge, achieving near-unity power factor. However, losses from hard switching affect circuit efficiency due to heightened current stress on semiconductor components. To overcome this challenge, the research introduces soft switching techniques to maintain efficiency and minimize power losses. The chosen converters offer inherent power factor correction capabilities, simple control, and the ability to generate output voltages lower or higher than the input level while avoiding zero-crossing in the input current. Also, the advantage of the proposed converters is to provide a common ground between the input and the output, which reduces the electromagnetic interference and the need for an electromagnetic common mode filter, and increases the power density and reduces the common mode noise. Both converters incorporate soft turn-on of components, but the first converter experiences losses during hard turn-off of switches. The second converter effectively addresses this issue by enabling soft switch turn-off under zero current conditions. Additionally, all semiconductor elements in the second converter undergo soft switching. The research explores the application of these converters in LED light startups, validating practical examples through laboratory experimentation. Empirical results showcase the converters' effectiveness in enhancing power factor and reducing total harmonic distortion (THD). Moreover, the integration of soft switching and reduced components within the power path leads to enhanced efficiency, with measured efficiencies of 91.94% and 94% for the first and second converters, respectively. In summary, this study offers innovative solutions for power factor correction in switching power supplies, addressing challenges related to harmonics and circuit efficiency. The proposed converters, along with soft switching techniques, demonstrate significant potential for enhancing power quality, efficiency, and performance in LED lighting systems and other electronic devices.
