طراحی، مدلسازی دینامیکی و شبیه سازی یک مبدل buck-boost غیر معکوس کننده

در این پایان نامه یک مبدل افزاینده-کاهنده dc به dc با خاصیت غیر معکوس کنندگی پلاریته ولتاژ خروجی معرفی گردید. این مبدل از یک مبدل بوست سری با یک مبدل باک تشکیل شده است به طوریکه جریان های ورودی و خروجی آن از طریق کوپل مغناطیسی با هم در ارتباط هستند. همچنین از یک مقاومت میراکننده سری با خازن بخش بوست مبدل، برای بهبود مکان صفرها استفاده شده است. به کمک این ساختار نه تنها جریان های ورودی و خروجی غیرپالسی می شوند، بلکه صفرهای rhp تبدیل به صفرهای lhp با میرایی و دینامیک قابل کنترل توسط مقاومت میراکننده می گردند. همچنین مشکل استرس ولتاژی مبدل هایی از قبیل flyback، cuk و sepicکه به صورت مجموع ولتاژ ورودی و خروجی بر روی سوئیچ می باشد، در مبدل پیشنهادی وجود ندارد. مبدل پیشنهادی با غیر ایده آل در نظر گرفتن المان های مداری و سوئیچ ها، مدل سازی dc و ac گردید و معادلات دینامیکی و حالت ماندگار حاکم بر آن در شرایط عملکردی ccm استخراج شد. همچنین معادلات dc در شرایط dcm برای مبدل بررسی شد. این شرایط با توجه به اینکه مبدل دو اندوکتانس در ورودی و خروجی خود دارد و با هم از نظر مغناطیسی دارای کوپل می باشند به صورت dcm-dcm بیان گردید. برای طراحی و انتخاب المان های مداری مبدل از دو موضوع اساسی، یکی داشتن ریپل جریان و ولتاژ قابل قبول برای کار در شرایط ccm و دیگری بهبود دینامیک صفر و قطب های مبدل پیشنهادی استفاده شد. همچنین معادلات لازم برای محاسبه تلفات هدایتی و تلفات سوئیچینگ و بازده، بر اساس مقادیر جریان های rms به جای جریان های متوسط، استخراج شد. بر این اساس، بازده مبدل برای شرایط بار نامی از 95% در ولتاژ ورودی مینیمم تا 97.5% در ولتاژ ورودی نامی محاسبه شد. همچنین در بدترین شرایط یعنی حداکثر بار نامی و حداقل ولتاژ ورودی مقدار بازده حدود 92% می باشد. برای کنترل مبدل به جای استفاده از کنترلرهای سنتی pid، از روش کنترل بهینه استفاده شد. این روش کنترلی مبتنی بر تکنیک کنترلیlqr در مد ولتاژ به کار گرفته شد.lqr روشی با عملکرد بالا و ساده برای کنترل سیستم های چند ورودی-چند خروجی کنترل پذیر می باشد و به روش کنترل کلاسیک pid مزیت هایی دارد که مقایسه ای بین روش کنترلی lqr و pid برای مبدل معرفی شده انجام گرفت و برتری تکنیک lqr نشان داده شد. با بررسی نتایج شبیه سازی بدست آمده برای مبدل پیشنهادی، مناسب بودن آن از لحاظ استرس بر روی سوئیچ ها، بازده، غیرپالسی بودن جریان های ورودی و خروجی، نداشتن صفرهای rhp و همچنین تکنیک کنترلی ارائه شده تایید گردید و مبدل پیشنهاد شده می تواند گزینه مناسبی برای ساخت و به کارگیری در کاربردهایی نظیر شارژ و دشارژ باطری، منابع تغذیه بدون وقفه ups، سلول های خورشیدی pv و پیل های سوختی و ... باشد.