دانلود پروژه:افزایش راندمان و بالا بردن چگالی توان در منابع تغذیه سوئیچینگ

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                شماره صفحه

پیشگفتار………………………………………. 1

فصل اول……………………………………….. 2

مروری بر منابع تغذیه سوئیچینگ……………………. 2

1-1- مقدمه…………………………………… 2

1-2-انواع منابع تغذیه…………………………. 2

1-2-1- منابع تغذیه خطی………………………. 2

1-2-1-1- مزایاي منابع تغذیه خطی……………… 2

1-2-1-2- معایب منابع تغذیه خطی………………. 3

1-2-2- منابع تغذیه سوئیچینگ………………….. 3

1-2-2-1- مزایاي منابع تغذیه سوئیچینگ………….. 3

1-2-2-2- معایب منابع سوئیچینگ……………….. 4

1-3-چرا منابع تغذیه سوئیچینگ…………………… 4

1-4-انواع منابع تغذیه سوئیچینگ…………………. 4

1-4-1- رگولاتور باک………………………….. 4

1-4-2- رگولاتور بوست…………………………. 6

1-4-3- رگولاتور باک-بوست……………………… 8

1-4-4- رگولاتور کیوک………………………… 10

1-4-5- رگولاتور زتا…………………………. 13

1-5-نتیجه گیری………………………………. 15

فصل دوم………………………………………. 16

بررسی انواع روش های کاهش تلفات کلیدزنی…………… 16

2-1- مقدمه………………………………….. 16

2-2- انواع روشهای کموتاسیون نرم……………….. 17

2-2-1- روش سوئیچینگ نرم…………………….. 17

2-2-1-1-  ZCS در گذار روشنایی………………. 17

2-2-1-2-  ZCS در گذار خاموشی……………….. 18

2-2-1-3-  ZVS در گذار روشنایی………………. 18

2-2-1-4-  ZVS در گذار خاموشی……………….. 18

2-2-1-5-  ZVZCS…………………………… 18

2-3- چهار تکنیک جهت ایجاد شرایط سوئیچینگ نرم……. 18

2-3-1- مبدل های رزنانسی…………………….. 18

2-3-1-1- مبدل های رزنانس سری……………….. 19

2-3-1-2- مبدل های رزنانس موازی……………… 19

2-3-1-3- مبدل های رزنانس سری موازی………….. 19

2-3-2- مبدل های شبه رزنانسی…………………. 19

2-3-3- مبدل های ZVS و ZCS نوع PWM……………. 20

2-3-4- مبدل های مبتنی بر کنترل گذار نرم  ZVTو ZCT. 20

2-4- انواع اسنابرها………………………….. 21

2-4-1- اسنابرهای با اتلاف……………………. 21

2-4-2- اسنابرهای با کلید اضافی………………. 22

2-4-3- اسنابرهای بدون اتلاف………………….. 23

2-4-3-1-ایجاد شرایط ZCS……………………. 23

2-4-3-2- ایجاد شرایط ZVS…………………… 23

2-4-3-3- بازیابی انرژی…………………….. 24

2-5- نتیجه گیری……………………………… 24

فصل سوم………………………………………. 25

مروری بر پنج اسنابر پسیو بدون اتلاف………………. 25

3-1- مقدمه………………………………….. 25

3-2- اسنابر اول……………………………… 25

3-3- اسنابر دوم……………………………… 32

3-4- اسنابر سوم……………………………… 38

3-5- اسنابرچهارم…………………………….. 49

3-6- اسنابر پنجم…………………………….. 55

3-7- تفاوت بکار گیری اسنابرها در مبدل DC-DC و PFC… 61

3-8- مقایسه ای بین اسنابرهای تحلیل شده…………. 62

3-9- نتیجه گیری……………………………… 63

فصل چهارم…………………………………….. 64

ارائه سلول پسیو بدون اتلاف پیشنهادی………………. 64

4-1- مقدمه………………………………….. 64

4-2- سلول اسنابر پسیو پیشنهادی………………… 64

4-3- فرضیات…………………………………. 65

4-4- تحلیل ریاضی اسنابر پسیو بدون اتلاف پیشنهادی…. 69

4-5- نتیجه گیری……………………………… 73

فصل پنجم……………………………………… 74

طراحی، شبیه سازی و ساخت مبدل PFC بوست 80 وات با و بدون اسنابر  74

5-1- مقدمه………………………………….. 74

5-2-مروری بر انواع روش های اصلاح ضریب توان………. 74

5-2-1- حالت CCM……………………………. 74

5-2-2-حالت DCM…………………………….. 76

5-2-3- حالت BCM……………………………. 77

5-3-مروری کوتاه بر نحوه عملکرد آی سی L6562A……… 77

5-4- طراحی مبدل PFC بوست در توان 80 وات………… 78

5-5- شبیه سازی مبدل PFC بوست در نرم افزار اورکد…. 80

5-6- طراحی اسنابر برای مبدل PFC بوست…………… 82

5-7-محاسبه t_on(min) و t_off(min)………………………… 83

5-8-طراحی اسنابر…………………………….. 83

5-9-بایاس آی سی L6562A………………………… 88

5-10-مقایسه نتایج شبیه سازی و عملی…………….. 95

5-11- نتیجه گیری…………………………….. 99

5-11-1- محاسبه ضریب توان……………………. 99

5-11-2- محاسبه راندمان……………………… 99

فصل ششم……………………………………… 100

نتیجه گیری و پیشنهادات………………………… 100

مراجع……………………………………….. 102

ABSTRACT…………………………………….. 105

پیوست 1……………………………………… 106

پیوست 2……………………………………… 107

پیوست 3……………………………………… 108

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                                شماره صفحه

شکل 1‑1- نمونه ای از یک مبدل خطی…………………. 3

شکل 1-2- رگولاتور باک……………………………. 5

شکل 1-3- رگولاتور باک در دو مد کاری……………….. 6

شکل 1-4- شکل موج های ولتاژ و جریان مبدل باک……….. 6

شکل 1-5- رگولاتور بوست…………………………… 7

شکل 1-6- رگولاتور بوست در دو مد کاری………………. 7

شکل 1-7- شکل موج های ولتاژ و جریان……………….. 8

شکل1-8-رگولاتور باک بوست…………………………. 9

شکل1-9- رگولاتور باک بوست در دو مد کاری……………. 9

شکل 1-10- شکل موج های ولتاژ و جریان مبدل باک بوست     10

شکل 1-11- رگولاتور کیوک…………………………. 12

شکل 1-12- رگولاتور کیوک در دو مد کاری…………….. 12

شکل 1-13- شکل موج های ولتاژ و جریان مبدل کیوک…….. 12

شکل 1-14- رگولاتور زتا………………………….. 13

شکل 1-15- رگولاتور زتا در دو مد کاری……………… 13

شکل 1-16- شکل موج های ولتاژ و جریان مبدل کیوک…….. 15

شکل 2-1-  روشهای کموتاسیون نرم کلید……………… 17

شکل 2-2- سلول های کلید رزنانسی (a) کلید PWM سخت (b) کلید شبه رزنانسی  ZVS(c) کلید شبه رزنانسی ZCS (d) کلید شبه رزنانسی چند رزنانسی 20

شکل 2-3- مبدل کاهنده ZVS-PWM (نسخه بهبود یافته ZVS-QRC) 20

شکل 2-4- اسنابر RCD سمت راست و RLD سمت چپ………… 22

شکل 2-5- اسنابر فعال با سلف تزویج……………….. 22

شکل 2-6- اسنابر فعال با حداقل تعداد المان………… 22

شکل 2-7- جایابی سلف اسنابر جهت ایجاد خاصیت ZCS درمبدل بوست     23

شکل 2-8- جایابی خازن اسنابر جهت ایجاد خاصیت ZVS درمبدل بوست    24

شکل 2-9- اسنابر پسیو بدون اتلاف متصل به مبدل بوست….. 24

شکل3-1- ساختار سلول اسنابر اول………………….. 25

شکل3-2- مبدل بوست با اسنابر پسیو بدون اتلاف اول……. 26

شکل 3-3- مدار معادل مرحله اول…………………… 26

شکل 3-4- مدار معادل مرحله دوم…………………… 27

شکل 3-5- مدار معادل مرحله سوم…………………… 28

شکل 3-6- مدار معادل مرحله چهارم…………………. 28

شکل 3-7- مدار معادل مرحله پنجم………………….. 29

شکل3-8- مدار معادل مرحله ششم……………………. 29

شکل 3-9- مدار معادل مرحله هفتم………………….. 30

شکل 3-10- مدار معادل مرحله هشتم…………………. 30

شکل 3-11 مدار معادل مرحله نهم…………………… 31

شکل 3-12- شکل موج اجزای مختلف مدار در یک پریود کلیدزنی 31

شکل 3-13- اتصال سلول اسنابر به مبدل های DC-DC متفاوت : (a)  مبدل باک. (b)  مبدل بوست. (c)  مبدل باک بوست. (d)  مبدل کیوک. (e)  مبدل سپیک. (f) مبدل زتا 32

شکل3-14-  مبدل بوست با اسنابر پسیو بدون اتلاف دوم….. 32

شکل3-15- مدار معادل مد اول……………………… 33

شکل3-16- مدار معادل مد دوم……………………… 34

شکل3-17- مدار معادل مد سوم……………………… 35

شکل3-18- مدار معادل مد چهارم……………………. 36

شکل3-19- شکل موج اجزای مختلف مدار در یک پریود کلیدزنی 38

شکل 3-20- دو ساختار متفاوت از سلول اسنابر سوم…….. 39

شکل3-21-  اتصال سلول اسنابر به مبدل های مختلف(a) باک،(b) بوست،(c) باک- بوست،(d) کیوک………………………………………. 40

شکل3-21- (ادامه) اتصال سلول اسنابر به مبدل های مختلف (e ) سپیک ،(f) مبدل فوروارد دوکلیده،(g) مبدل فلای بک دو کلیده………………. 41

شکل 3-22- مدار معادل مرحله اول………………….. 42

شکل 3-23- جریان دیود هرزگرد در مرحله ی بازیابی معکوس  42

شکل3-24- مدار معادل مرحله سوم…………………… 43

شکل 3-25- مدار معادل مرحله چهارم………………… 45

شکل3-26- مدار معادل مرحله پنجم………………….. 45

شکل 3-27- مدار معادل مرحله ششم………………….. 46

شکل3-28- مدار معادل مرحله هفتم………………….. 47

شکل3-29- مدار معادل مرحله هشتم………………….. 47

شکل3-30- مدار معادل مرحله نهم…………………… 48

شکل3-31- مدار معادل مرحله دهم…………………… 48

شکل3-32- شکل موج های ولتاژ و جریان مبدل بوست با اسنابر پسیو بدون اتلاف سوم……………………………………………… 49

شکل 3-33- مبدل بوست با اسنابر چهارم……………… 49

شکل 3-34- مدار معادل مرحله اول………………….. 50

شکل3-35-  مدار معادل مرحله دوم………………….. 50

شکل3-36-  مدار معادل مرحله سوم………………….. 51

شکل3-37-  مدار معادل مرحله چهارم………………… 51

شکل3-38-  مدار معادل مرحله پنجم…………………. 52

شکل3-39-  مدار معادل مرحله ششم………………….. 52

شکل3-40-  مدار معادل مرحله هفتم…………………. 53

شکل3-41-  مدار معادل مرحله هشتم…………………. 53

شکل3-42-  مدار معادل مرحله نهم………………….. 54

شکل3-43-  مدار معادل مرحله دهم………………….. 54

شکل3-44-  مدار معادل مرحله یازدهم……………….. 55

شکل3-45-  مبدل بوست با اسنابر پسیو بدون اتلاف پنجم     55

شکل 3-46- مدار معادل مرحله اول………………….. 56

شکل3-47– مدار معادل مرحله دوم…………………… 56

شکل 3-48 مدار معادل مرحله سوم…………………… 57

شکل 3-49- مدار معادل مرحله چهارم………………… 58

شکل 3-50- مدار معادل مرحله پنجم…………………. 58

شکل3-51- مدار معادل مرحله ششم…………………… 58

شکل3-52- مدار معادل مرحله هفتم…………………… 59

شکل3-53- مدار معادل مرحله هشتم………………….. 60

شکل3-54-  مدار معادل مرحله نهم……………………. 60

شکل3-55- مدار معادل مد اضافی……………………. 61

شکل 3-56- شکل موج ولتاژ و جریان مبدل بوست با اسنابر پنجم  61

شکل4-1- سلول اسنابر پسیو بدون اتلاف پیشنهادی………. 64

شکل4-2- اتصال سلول اسنابر پیشنهادی به مبدل های Dc-Dc متفاوت : (a)  مبدل باک. (b)  مبدل بوست. (c)  مبدل باک بوست………………….. 66

شکل4-2- (ادامه) اتصال سلول اسنابر پیشنهادی به مبدل های Dc-Dc متفاوت : (d)  مبدل کیوک. (e)  مبدل سپیک. (f) مبدل زتا………………. 67

شکل4-3- مدهای عملکرد. (a) مد 1 [t₀-t₁]. (b) مد 2 [t₁-t₂]. (c) مد 3 [t₂-t₃]. (d) مد 4 [t₃-t₄]. (e) مد 5 [t₄-t₅]. (f) مد 6 [t₅-t₆]. (g) مد 7 [t₆-t₇]. (h) مد 8 [t₇-t₈].(i) مد 9[t₈-t₉]………………………………………………… 68

شکل4-4- شکل موج های ولتاژ و جریان مبدل بوست با اسنابر پسیو بدون اتلاف پیشنهادی…………………………………………. 73

شکل (5 -1) PFC تك فاز تك سوئيچه‌ي تك مرحله‌اي نوع بوست  75

شکل(5-2) جريان يك مبدل CCM نمونه با فركانس سوئيچ زني ثابت 75

شکل (5-3) جريان يك مبدل  DCM نمونه با فركانس سوئيچ زني ثابت و α ثابت 76

شکل(5-4) جريان يك مبدل  DCM نمونه با فركانس سوئيچ زني ثابت و α متغير………………………………………………… 76

شکل(5-5) جريان يك مبدل  DCM نمونه با فركانس سوئيچ زني متغير و α ثابت – بالادر حوزه‌ي زمان و ﭘايين در حوزه‌ي فركانس…………….. 77

شکل (5-6) جریان القاگر در مد BCM……………….. 78

شکل (5-7) ولتاژ درین-سورس مبدل PFC بوست با کلیدزنی سخت 80

شکل (5-8) جریان درین-سورس مبدل PFC بوست با کلیدزنی سخت 81

شکل (5-9) ولتاژ دو سر دیود بوست مبدل PFC بوست با کلیدزنی سخت   81

شکل (5-10) جریان دیود بوست مبدل PFC بوست با کلیدزنی سخت 81

شکل (5-11) مجموع تلفات در حالت بدون اسنابر مبدل PFC بوست  81

شکل (5-12) جریان ورودی مبدل PFC بوست با کلیدزنی سخت   82

شکل (5-13) مدار شبیه سازی شده به همراه اسنابر پسیو بدون اتلاف  85

شکل (5-14) ولتاژ درین-سورس مبدل PFC بوست با کلیدزنی نرم 85

شکل (5-15) جریان درین-سورس مبدل PFC بوست با کلیدزنی نرم 85

شکل (5-16) جریان درین-سورس در نمای بسته مبدل PFC بوست با کلیدزنی نرم………………………………………………… 86

شکل (5-17) ولتاژ دو سر دیود بوست مبدل PFC بوست با کلیدزنی نرم  86

شکل (5-18) جریان دیود بوست مبدل PFC بوست با کلیدزنی نرم 86

شکل (5-19) جریان دیود بوست در نمای بسته مبدل PFC بوست با کلیدزنی نرم………………………………………………… 86

شکل (5-20) جریان سلف L_r………………………… 87

شکل (5-21) ولتاژ خازن اسنابر……………………. 87

شکل (5-22) ولتاژ خازن بافر……………………… 87

شکل (5-23) مجموع تلفات مبدل PFC بوست با اسنابر……. 87

شکل (5-24) جریان ورودی مبدل PFC بوست با اسنابر……. 88

شکل (5-25) مدار ارائه شده در دیتاشیت آی سی L6562A…. 88

شکل (5-26) مدار داخلی آی سی L6562A………………. 89

شکل (5-27) نمودار معادل ضرب کننده به ازای تغییرات ولتاژ پین 2 و3 و4 90

شکل (5-28) شماتیک مدار عملی…………………….. 92

شکل(5-29) جریان درین-سورس مبدل PFC بوست بدون اسنابر   92

شکل(5-30) جریان ورودی سمت چپ و ولتاژ درین-سورس سمت راست بدون اسنابر 92

شکل(5-31) جریان دیود بوست بدون اسنابر……………. 93

شکل(5-32) جریان درین-سورس با اسنابر پسیو بدون اتلاف    93

شکل(5-33) ولتاژ درین-سورس با اسنابر……………… 93

شکل(5-34) ولتاژ خازن اسنابر…………………….. 94

شکل(5-35) جریان ورودی با اسنابر سمت چپ و جریان دیود بوست سمت راست  94

شکل(5-36) ولتاژ دیود بوست با اسنابر……………… 94

شکل(5-37) جریان درین-سورس مبدل PFC بوست بدون اسنابر  شکل موج عملی   95

شکل (5-38) جریان درین-سورس مبدل PFC بوست با کلیدزنی سخت شکل موج شبیه سازی…………………………………………….. 95

شکل(5-39) جریان ورودی سمت چپ و ولتاژ درین-سورس سمت راست بدون اسنابر شکل موج عملی……………………………………… 95

شکل (5-40) جریان ورودی سمت چپ و ولتاژ درین-سورس سمت راست بدون اسنابر شکل موج شبیه سازی…………………………………. 95

شکل(5-41) جریان دیود بوست بدون اسنابر شکل موج عملی    96

شکل(5-42) جریان دیود بوست بدون اسنابر شکل موج شبیه سازی 96

شکل(5-43) جریان درین-سورس با اسنابر پسیو بدون اتلاف  شکل موج عملی   96

شکل(5-44) جریان درین-سورس با اسنابر پسیو بدون اتلاف شکل موج شبیه سازی………………………………………………… 96

شکل(5-45) ولتاژ درین-سورس با اسنابر  شکل موج عملی     97

شکل(5-46) ولتاژ درین-سورس با اسنابر شکل موج شبیه سازی 97

شکل(5-47) ولتاژ خازن اسنابر شکل موج عملی…………. 97

شکل(5-48) ولتاژ خازن اسنابر شکل موج شبیه سازی…….. 97

شکل(5-49) جریان ورودی با اسنابر سمت چپ و جریان دیود بوست سمت راست شکل موج عملی…………………………………………. 98

شکل(5-50) جریان ورودی با اسنابر سمت چپ و جریان دیود بوست سمت راست شکل موج شبیه سازی…………………………………….. 98

شکل(5-51) ولتاژ دیود بوست با اسنابر شکل موج عملی….. 98

شکل(5-52) ولتاژ دیود بوست با اسنابر شکل موج شبیه سازی 98

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                شماره صفحه

جدول 1-1- مقایسه بین منابع تغذیه سوئیچینگ و خطی 4

جدول 3-1- مقادیر v_x و I_x برای انواع مبدل های DC-DC 39

جدول 3-2- ترتیب روشن و خاموش شدن دیودها 39

جدول 3-3- مقایسه اسنابرهای بررسی شده به صورت خلاصه 62

جدول 3-4- نوع کموتاسیون المان های نیمه هادی اسنابرهای بررسی شده 62

جدول 4-1- سوئیچینگ نرم اجزای مبدل Dc-Dc با اسنابر پسیو بدون اتلاف 65

جدول4-2- مقادیر V_x و I_x برای انواع مبدل ها 65

جدول 4-3- تغییرات سوئیچ زنی دیودها و کلید در ده مرحله کاری 65

جدول 5-1- محاسبه ضریب توان در حالت بدون اسنابر در توان 55 وات 99

جدول 5-2- محاسبه ضریب توان در حالت با اسنابر در توان 55 وات 99

جدول 5-3- محاسبه راندمان در حالت بدون اسنابر در توان 55 وات 99

جدول 5-4- محاسبه راندمان در حالت با اسنابر در توان 55 وات 99