طراحی و ساخت یک مبدل جدید در منابع تغذیه پالسی ولتاژ بالا

یکی از تکنولوژی هایی که امروزه کاربرد بسیار زیادی در صنعت پیدا کرده است، تکنولوژی توان پالسی می باشد. از جمله کاربردهای تغذیه ی پالسی می توان به استفاده از این تکنولوژی در تولید اوزون، استرلیزه کردن، تصفیه ی آب و گازهای خروجی کارخانجات، پزشکی، پلاسما و امور نظامی اشاره کرد. اگرچه تا کنون انواع متنوعی از منابع تغذیه پالسی با روشهای گوناگون طراحی و ساخته شده است ولی امروزه با پیشرفت ادوات الکترونیک قدرت و تکنولوژی ساخت آنها، منابع تغذیه پالسی در حال تحول گسترده می باشند و هر روزه انواع جدیدی از این نوع مبدلها ارائه می شوند. این منابع اگرچه در توانها و ولتاژهای خیلی بالا (گیگاوات و مگاولت) ساخته نمی شوند، ولی بدلیل مزایای آنها و همچنین نیاز کاربردهای جدید به توان ها و ولتاژهای متوسط (در مقایسه با کاربردهای قدیمی) و لزوم کم حجم بودن مدار، توجه زیادی را به خود معطوف ساخته اند. در این ساختارها (با توجه به نوع بار) شکل پالس، سطح ولتاژ، نرخ تکرار، پهنای پالس، زمان صعود و همچنین فشرده بودن مدار و استرس ولتاژ بر روی سوئیچ ها از عوامل مهمی هستند که باید به آنها توجه شود. در این رساله هدف ارائه و ساخت خانواده ی جدیدی از منابع تغذیه پالسی ولتاژ بالا بر اساس چندبرابرکننده های ولتاژ خازنی- دیودی و ترکیب آن با عناصر نیمه هادی قدرت می باشد، که قابلیت تولید ولتاژ خروجی پالسی با دامنه بالا و با پهنای پالس و فرکانس دلخواه را با استفاده از منبع ولتاژ پایین داشته باشند. بطور کلی چندبرابرکننده های ولتاژ خازنی- دیودی بر اساس نحوه ی قرار گرفتن خازن ها در هنگام شارژ در کنار یکدیگر به سه گروه سری- موازی، سری- سری و موازی- موازی تقسیم می گردند. با استفاده از این چندبرابرکننده ها و بکار گیری سوئیچ های نیمه هادی قدرت در ساختار آنها می توان به مناسب سازی این مبدل ها در کاربردهای توان پالسی ولتاژ بالا مبادرت ورزید. مدارهای پیشنهادی که می توانند بصورت بلوک های (طبقات) مجزا و یکسان ساخته شوند، تا حد امکان ساده، قابل پیاده سازی در صنعت، و دارای ساختاری مدولار و البته منعطف می باشند. از دیگر ویژگی های منحصر به فرد این خانواده می توان به قابلیت گسترش ولتاژ المان های بکار رفته در مدار تنها با تغییر نوع اتصال بلوک ها (طبقات) با توجه به ولتاژ ورودی، اشاره نمود. وجود چنین ویژگی هایی در ساختارهای پیشنهادی قابلیت استفاده از این مبدل ها در رنج وسیعی از ولتاژ ورودی و در کاربردهای گوناگون، خصوصا کاربردهایی که نیاز به منابع پالسی قابل حمل ونقل دارند، را میسر می سازد. به منظور دستیابی به ساختار مطلوب در این رساله، پس از مطالعه ی عملکرد مدارهای پایه ی چندبرابرکننده ولتاژ خازنی- دیودی، به طراحی مفهومی مبدل های پیشنهادی و نحوه ی جایابی سوئیچ های نیمه هادی در ساختار مدارات پرداخته شد. سپس با توجه به نتایج مطلوب حاصل از شبیه سازی به پیاده سازی مبدل های ارائه شده در سطح آزمایشگاهی، با در نظر گرفتن امکانات محدود موجود، اقدام شد. مدارهای پیاده نشان از صحت عملکرد مدارهای مذکور دارد. در پایان به منظور مطالعه ی بیشتر و شناخت نقاط ضعف و قوت مدارات ارائه شده، یک مقایسه ی کلی بین این مدارات نیز انجام شده است.