آن­ها برای ده­ها سال در دسترس بوده ­اند.
پایان نامه - مقاله - پروژه
۲-۴- توپولوژی­های منبع تغذیه سوئیچینگ
۲-۴-۱- توپولوژی­های غیرایزوله­
با ظهور صنعت ساخت منبع تغذیه سوئیچینگ اقتصادی در دهه ۱۹۷۰، تئوری و تکنولوژی تبدیل سوئیچینگ به عنوان بخشی از قواعد دانشگاهی الکترونیک قدرت دوباره ملی­شد.
بزرگترین مشارکت در تهیه قواعد توسط R.D. Middlebrook و همکارانش در گروه الکترونیک قدرت در Caltech کالیفرنیای آمریکا صورت پذیرفت. کار اولیه گروه Caltech که در سال ۱۹۷۰ آغاز شده بود، با هدف توسعه مدل­هایی برای سه توپولوژی رگولاتور سوئیچینگ DCبهDC یعنی مبدل­های کاهنده، افزاینده وکاهنده-افزاینده ]۲۲[ که قبلاً در دهه ۱۹۶۰ توسعه یافته بودند، انجام پذیرفت.
از این کار، مدل­سازی و روش تحلیلی با نام میانگین فضای حالت ایجاد شده]۲۳[ میانگین فضای حالت پیش ­بینی تئوری پاسخ فرکانسی مبدل را در پی داشت و بنابراین، فهم بهتری از حلقه فیدبک و معیار پایداری رگولاتور سوئیچینگ را فراهم نمود.
کار بعدی در Caltech، به خصوص بوسیله مبدل کیوک در رساله دکتری­اش، منجر به تولید چهار توپولوژی اساسی مبدل DCبهDC سوئیچینگ گشت که نویسنده آن را به دلیل ساختار متقارن و جریان­های ورودی و خروجی غیر-پالسی، به عنوان توپولوژی بهینه توصیف می­ کند ]۲۴[
توپولوژی بهینه جدید رگولاتور سوئیچینگ DCبه DC اکنون به عنوان مبدل کیوک شناخته می­ شود، که بعد از مخترعش نامگذاری گردید، و خانواده رگولاتورهای سوئیچینگ ایزوله نشده تک سوئیچی را کامل نمود.
خانواده مبدل­های DCبهDC ایزوله­نشده که در شکل ۲-۴ نشان داده شده است می ­تواند به صورت زیر طبقه ­بندی گردد:
مبدل باک (مبدل DCبه DC کاهنده)؛
مبدل بوست (مبدل DCبهDC افزاینده)؛
مبدل باک- بوست (مبدل DCبه DC افزاینده- کاهنده، پلاریته مخالف)؛ و
مبدل کیوک (مبدل DCبهDC افزاینده- کاهنده).
شکل ۲-۴: توپولوژی­های مبدل DCبهDC ایزوله­نشده، a) مبدل کاهنده، b) مبدل افزاینده، c) مبدل کاهنده- افزاینده، d) مبدل کیوک. معادله ولتاژ خروجی در شکل تنها برای حالت جریان پیوسته مبدل معتبر است]۱۱[
۲-۴-۲-توپولوژی­های ایزوله
در بسیاری از کاربردها، ایزولاسیون یک نیاز ضروری در درون مبدل مابین ورودی و خروجی می­باشد. با قرار دادن ترانسفورماتورهای ایزوله در چهار توپولوژی اصلی رگولاتور سوئیچینگ ایزوله­نشده، چهار مبدل DCبهDC سوئیچینگ ایزوله­شده تک­سر[۱۰] زیر بدست می ­آید که در شکل ۲-۵ نشان داده شده است:
مبدل فوروارد[۱۱] (مبدل DC بهDC کاهنده)؛
مبدل بوست ایزوله­شده (مبدل DC بهDC افزاینده)؛
مبدل فلای بک[۱۲] (مبدل DCبهDC افزاینده-کاهنده)؛ و
مبدل کیوک ایزوله (مبدل DCبه DC افزاینده-کاهنده).
شکل ۲-۵: توپولوژی­های مبدل DC بهDC ایزوله­شده، a) مبدل فوروارد b) مبدل بوست ایزوله­شده، c) مبدل فلای بک، d) مبدل کاک ایزوله­شده. N1 تعداد دور سیم­پیچ اولیه و N1 تعداد دور سیم­پیچ ثانویه ترانسفورماتور می­باشد]۱۱[
توپولوژی­های DCبهDC کاهنده وکاهنده-افزاینده ایزوله­شده به ترتیب نسبت به مبدل­های فوروارد و فلای بک رایج­تر می­باشند و از نظر تجاری توپولوژی­هایی هستند که بیشتر در تولید منابع تغذیه سوئیچینگ مورد استفاده قرار می­گیرند.
۲-۴-۳- توپولوژی­های چندسوئیچه
مزیت اصلی توپولوژی­های تک سوئیچه این است که ترانزیستور سوئیچ بایستی قادر به بلوکه کردن ولتاژ بالا (دو برابر ولتاژ ورودی DC) مخصوصاً هنگامی که از منبع AC یکسوشده تغذیه می­ کند، باشد. توپولوژی تک­سوئیچه یک راه­حل ایده­آل برای مبدل­های توان بالا نمی ­باشد، زیرا این مبدل­ها نیاز به جریان بالاتر از سطح سوئیچ ترانزیستور دارند. بنابراین گروه دیگری از مبدل­های DCبهDC ایزوله­شده که از بیش از یک سوئیچ استفاده می­ کنند، ارائه شده اند. سه توپولوژی چندسوئیچه این مبدل­ها که در شکل ۲-۶ نشان داده شده ­اند، عبارت­اند از:
شکل ۲-۶-: توپولوژی­های چندسوئیچه DCبهDC، a) مبدل پوش پول۱، b) مبدل نیم-پل ۲، c) مبدل تمام-پل یا تمام موج۳. N1 تعداد دور سیم­پیچ اولیه و N1 تعداد دور سیم­پیچ ثانویه ترانسفورماتور می­باشد]۱۲[
مبدل پوش-پول[۱۳]
مبدل نیم-پل[۱۴]
مبدل تمام-پل[۱۵]
این توپولوژی­ها مزیت­ اضافه­تری هم نسبت به مبدل­های DCبهDC نوع فوروارد و فلای بک تک­سر دارند و آن این است تحریک کامل شار هسته ترانسفورماتور به جای تحریک نیمی از شار هسته اتفاق می­افتد. این باعث می­ شود تا این توپولوژی­های چندسوئیچه برای عملکرد در توان بالا مناسب­تر باشند.
۲-۵. مبدل­های DCبهDC رزونانسی
در تمام توپولوژی­های سوئیچینگ، مدت زمان محدود حالت گذرای سوئیچینگ (کلیدزنی)، منجر به پراکندگی توان در مبدل با پالس­ دامنه بالا خواهد شد. این مورد دوباره باعث تنزل بازده مبدل شده و در بدترین حالت ممکن است منجر به صدمه دیدن ترانزیستور در گذر از حالت خاموش شدن گردد. بنابراین، تحقیقاتی بر روی مبدل­های رزونانسی که جایگزین توپولوژی­های سوئیچ­شده هستند و از تلفات سوئیچینگ جلوگیری می­ کنند، انجام شد]۱۵، ۲۲، ۲۳، ۳۰[
این مبدل­ها دارای مدارات تنظیم­کننده­ به عنوان قسمتی از مرحله تبدیل توان می­باشند و ولتاژها و/ یا جریان­های سینوسی که منجر به گذراهای سوئیچینگ ترانزیستور تحت شرایط ایده­آل استرس صفر است را نشان می­ دهند.
اگر جریان در طول حالت گذرا نزدیک به صفر نگه داشته شود، تلفات روشن و خاموش کردن مینیمم خواهد شد. حالت گذرای سوئیچینگ که با جریان کمی اتفاق می­افتد، سوئیچینگ جریان-صفر[۱۶] (ZCS) نامیده می­ شود.
در حالت جایگزینی ولتاژ کم، ولتاژی که بر روی کلید می­افتد در طول گذرای روشن کردن نزدیک به صفر نگه داشته می­ شود. در حالیکه ولتاژ کم است جریان افزایش می­یابد، بنابراین تلفات در طی حالت گذرا نیز ناچیز (کم) می­باشد. این عمل سوئیچینگ ولتاژ-صفر[۱۷] (ZVS) نامیده می­ شود.
در مبدل­های DC بهDC ،می توان از تشدید برای تولید شرایط ZCS و یا ZVS استفاده شود. این روش سوئیچینگ نرم نامیده می­ شود.
۲-۵-۱. توپولوژی های مبدل رزونانسی DCبهDC
مدار شکل ۲-۷ آرایشی را برای مبدل DCبهDC رزونانسی فراهم می­ کند. در این حالت، هم القاگر و هم خازن برای تغییر دادن نحوه کلید زنی اضافه شده ­اند. یک جفت LC مشابه نیز به دیود اضافه شده است. در هر کدام از حالات کلیدزنی نرم، عمل سوئیچ در عبور از صفر[۱۸] شکل موج رزونانسی حلقه ای را قطع می­ کند.
این تکنیک اغلب شبه- رزونانس نامیده می­ شود. مبدل­های نشان­داده شده در شکل ۲-۷ می­توانند مبدل رزونانسی DCبهDC و یا مبدل شبه رزونانسی DCبهDC نامیده شوند. ترکیبی از حالات مختلف، چندین حالت را برای عمل رزونانسی به صورت زیر پیشنهاد می­دهد:
اگر قسمت­ هایی که انتخاب می­شوند یعنی Ct و Ldخیلی کوچک باشند و تاثیر کمی بر روی مدار داشته باشند، Cd و Lt به صورت یک ترکیب سری درمی­آیند. در این حالت، ترانزیستور می ­تواند مزایای عبور از صفر جریان را برای ZCS بگیرد؛
اگر مقادیر Ct و Ld قابل توجه باشند، مادامیکه مقادیر Ct و Ld کوچک باشند ترانزیستور حالت ZVSرا نتیجه می­دهد؛
ممکن است در اصل از هر چهار قسمت برای تامین عمل ZVS و ZCS توامان استفاده کنیم. این تکنیک چندرزونانسی نامیده می­ شود که کمتر رایج می­باشد زیرا بایستی در این حالت برای کنترل مبدل چاره­ای اندیشیده شود.
شکل ۲-۷: قطعات رزونانسی اضافه­شده به مبدل­های DCبهDC عمل کلیدزنی نرم را انجام می­ دهند. این شکل ساختار کلی مبدل رزونانسی است، جایی که می­توانند بوسیله ترکیب مجدد قطعات رزونانسی بدست آیند.]۲۲[
۲-۶- حالت هدایت پیوسته و حالت هدایت ناپیوسته
منبع تغذیه دارای سوئیچ در حالت­های زیر عمل می­ کنند:
حالت هدایت پیوسته[۱۹] (CCM)
حالت هدایت ناپیوسته[۲۰] (DCM).
این قسمت بوسیله معادلات ریاضی نشان می­دهد که چگونه مقدار بحرانی القاگر (Lcritical) را برای سه مبدل DCبهDC ایزوله نشده (کاهنده، بافزاینده و کاهندخ-افزاینده) انتخاب کنیم. این موضوع قبل از تجزیه و تحلیل صورت می­گیرد. در حالت CCM، Lcritical کوچکترین مقدار القاگری است که جریان القاگر در همه زمان­ها بزرگتر از صفر بوده و تحت همه شرایط عملکردی مبدل باشد. برای حالت DCM، Lcritical مقدار القاگری است که جریان القاگر بایستی برای لحظه­ای از زمان به صفر برسد.
حالت DCM با ریپل جریان القاگر بزرگ در مبدل با شرایط عملکردی بار خفیف اتفاق می­افتد و ویژگی­های مبدل DCبهDC به سرعت تغییر می­دهد.
در برخی از کاربردها، نیاز به عملکرد مبدل در حالت CCM است در حالیکه برای برخی کاربردهای دیگر نیاز به حالت DCM داریم. طراح SMPS ها می ­تواند مبدل را برای حالت DCM انتخاب و طراحی کند.
اگرپاسخ سریع فراهم گردد، مبدل هر سیکل را با انرژی ذخیره شده صفر القاگر آغاز می­ کند و فوراً باعث حالت گذرای کامل جریان مبدل می­ شود، ومقدار سلف کوچکترمی شود که هزینه کمتری را در بردارد.
از طرف دیگر، حالت DCM برای مبدل­های SMPS ها نقاط ضعف زیر را به همراه دارد:
مشکلات رگولاسیون (تنظیم) بار. نسبت مبدل به بار وابسته می­ شود، و
نوسان جریان زیاد در القاگر تلفات را در قسمت­ های مغناطیسی افزایش خواهد داد و می ­تواند منجر به اشباع مغناطیسی شود.
هنگام انتخاب مقدار القاگر برای حالت عملکردی داده­ شده، محدودیت­های زیر تعریف می­شوند:

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...