شماره مدرك
21362
شماره راهنما
18281
پديد آورنده
رحماني حسين آبادي، بهاره
عنوان
ارائه مبدلهاي DC-DC بسياركاهنده هايبريد سه مسيره با چگالي جريان بالا و قابليت استفاده از سلفهاي با DCR بزرگ
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
مدارهاي مجتمع الكترونيك
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
چهارده، 124ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
مبدل DC-DC بسياركاهنده , مبدل هايبريدي , ، مبدل سهمسيره , مبدل نقطه بار , نسبت تبديل ولتاژ بسيار پايين , نسبت تبديل ولتاژ بسيار پايين
تاريخ ورود اطلاعات
1405/08/04
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي برق
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/08/04
كد ايرانداك
23264075
چكيده فارسي
با گسترش روزافزون سامانههاي الكترونيكي و افزايش نياز به منابع تغذيه با ولتاژ پايين و جريان بالا، مبدلهاي DC-DC بسيار كاهنده به يكي از بخشهاي مهم در سامانههاي تغذيه نقطه بار تبديل شدهاند. كاهش مستقيم ولتاژهاي ورودي بالا به سطوح ولتاژي پايين با استفاده از مبدل باك متداول، مستلزم عملكرد در ضريب وظيفه بسيار كوچك بوده و با محدوديتهايي نظير افزايش تلفات، افزايش تنش جريان عناصر و دشواري دستيابي به چگالي توان بالا همراه است. از سوي ديگر، در ساختار باك تمام جريان بار از سلف عبور ميكند و در كاربردهاي جريان بالا، تلفات هدايتي عناصر مغناطيسي ميتواند سهم قابلتوجهي از تلفات مبدل را به خود اختصاص دهد. مبدلهاي هايبريدي با تركيب شبكههاي خازني و سلفي و ايجاد مسيرهاي موازي انتقال توان، راهكاري مناسب براي كاهش وابستگي انتقال توان به مسير سلفي و دستيابي به نسبتهاي تبديل پايينتر فراهم ميكنند. در اين پاياننامه، يك مبدل DC-DC بسيار كاهنده هايبريدي سهمسيره پيشنهاد شده است. در ساختار پيشنهادي، انتقال توان ميان مسيرهاي خازني و سلفي توزيع شده و در نتيجه جريان عبوري از عناصر مغناطيسي نسبت به جريان بار كاهش مييابد. اين ويژگي ضمن كاهش تلفات هدايتي سلفها، امكان استفاده از عناصر مغناطيسي با ابعاد كوچكتر را فراهم ميكند. همچنين ساختار پيشنهادي با ايجاد نسبت تبديل ولتاژ پايين، امكان تبديل مستقيم ولتاژ ورودي 48 ولت به ولتاژ خروجي 1 ولت را بدون نياز به ضريب وظيفه بسيار كوچك فراهم ميسازد. در اين پژوهش، حالتهاي عملكرد مبدل بررسي و روابط مربوط به نسبت تبديل ولتاژ، جريان سلفها، تنش ولتاژ و جريان كليدها و تلفات عناصر استخراج شده است. علاوه بر اين، شرايط كليدزني مبدل بهگونهاي است كه روشنشدن با ولتاژ صفر براي تعدادي از كليدها محقق شده و در نتيجه بخشي از تلفات كليدزني كاهش مييابد. عملكرد مبدل پيشنهادي با استفاده از شبيهسازي و نتايج آزمايشگاهي مورد ارزيابي قرار گرفته و صحت روابط نظري و عملكرد ساختار تأييد شده است. نتايج شبيهسازي در شرايط تبديل 48 ولت به 1 ولت، در جريان خروجي 5 آمپر، دستيابي به بازده بيشينه حدود 92 درصد را نشان ميدهد. همچنين مقايسه ساختار پيشنهادي با تعدادي از مبدلهاي بسيار كاهنده ارائهشده در مطالعات پيشين، قابليت آن در كاهش جريان عناصر مغناطيسي، توزيع مناسب تنش ميان عناصر و دستيابي به نسبت تبديل پايين را نشان ميدهد. در ادامه، با تغيير آرايش كليدزني ساختار اصلي، حالتهاي متممي نيز استخراج و بررسي شدهاند كه بدون تغيير در ساختار پايه مدار، امكان دستيابي به مشخصههاي تبديل متفاوت را فراهم ميكنند.
چكيده انگليسي
With the rapid expansion of electronic systems and the increasing demand for low-voltage, high-current power supplies, high step-down DC–DC converters have become an integral component of point-of-load (POL) power supply systems. Direct conversion from high input voltages to low output voltage levels using a conventional buck converter requires operation at an extremely low duty cycle, which is associated with several limitations, including increased power losses, higher current stress on components, and difficulties in achieving high power density. Moreover, in the buck topology, the entire load current flows through the inductor; therefore, in high-current applications, the conduction losses of the magnetic components can account for a significant portion of the total converter losses. Hybrid converters, by combining capacitive and inductive networks and providing parallel power-transfer paths, offer an effective approach to reducing the dependence of power transfer on the inductive path while achieving lower voltage conversion ratios. This thesis proposes a three-path hybrid high step-down DC–DC converter. In the proposed topology, power transfer is distributed between capacitive and inductive paths, thereby reducing the current flowing through the magnetic components relative to the load current. This feature not only reduces the conduction losses of the inductors but also enables the use of smaller magnetic components. Furthermore, by providing a low voltage conversion ratio, the proposed topology enables direct conversion from a 48 V input to a 1 V output without requiring an extremely low duty cycle. In this study, the operating modes of the converter are analyzed, and analytical expressions for the voltage conversion ratio, inductor currents, voltage and current stresses of the switches, and component losses are derived. Additionally, the switching conditions of the converter enable zero-voltage switching (ZVS) turn-on for several switches, thereby reducing a portion of the switching losses. The performance of the proposed converter is evaluated through simulations and experimental results, confirming the validity of the theoretical analysis and the proper operation of the proposed topology. Simulation results for a 48 V-to-1 V conversion at an output current of 5 A demonstrate a peak efficiency of approximately 92%. Furthermore, a comparison of the proposed topology with several high step-down converters reported in the literature demonstrates its capability to reduce the current stress on magnetic components, appropriately distribute stresses among the components, and achieve a low voltage conversion ratio. Finally, complementary operating modes are derived and investigated by modifying the switching configuration of the original topology. These modes provide different voltage conversion characteristics without requiring any modification to the basic circuit topology.
استاد راهنما
حسين فرزانه فرد , رسول دهقاني
استاد مشاور
احسان اديب , امين مشكات
استاد داور
اصغر غلامي , نسرين رضايي حسين آبادي