بهبود بازده مبدل های کاهنده درهم تنیده

توانایی های مبدلهای کلیدزنی dc-dc، آنها را به جزء لاینفکی از تجهیزات الکتریکی تبدیل کرده است. از جمله این توانایی ها می توان به قابلیت پردازش توان در حجم مناسب ، بازده بالا و سادگی تطبیق با کاربردهای مورد نیاز، اشاره نمود. در کاربردهایی که به یک مبدل dc-dc غیرایزوله کاهنده با توانایی فراهم آوردن جریان بالا با ریپل کم نیاز است، مبدل باک درهم تنیده می تواند به عنوان بهترین گزینه مطرح شود. دلیل این انتخاب، سادگی ساختار و روش کنترل این مبدل است. مبدل باک درهم تنیده از اتصال موازی دو یا چند مبدل باک پایه تشکیل می شود، با این تفاوت که پالس های ماژول های موازی شده با یکدیگر اختلاف فاز دارد. با این حال این مبدل به همراه همه مزایای که فراهم می آورد، معایب خاص خود را نیز دارد. از جمله این معایب می توان به برابر بودن استرس ولتاژ المان های نیمه هادی با سطح ولتاژ ورودی این مبدل اشاره نمود که در کاربردهای با سطح ولتاژ ورودی بالا، مشکل آفرین بوده و طراح را مجبور به استفاده از المان های ولتاژ بالا می کند. حال آنکه قطعات ولتاژ بالا از معایبی همچون قیمت بالا، افت ولتاژ هدایتی زیاد و مشکلات بازیابی معکوس دایودها رنج می برند. علاوه بر این، کلید زنی در این مبدل در شرایط سخت صورت می گیرد و با افزایش فرکانس کلیدزنی که با هدف افزایش چگالی توان و بهبود عملکرد دینامیکی آن انجام می شود، تلفات ناشی از روشن و خاموش شدن کلید ها و دایودها افزایش یافته و بازده کلی مبدل کاهش می یابد. از دیگر مشکلات مبدل باک درهم تنیده، می توان به کم بودن ضریب وظیفه درکاربردهای خیلی کاهنده اشاره نمودکه باعث افزایش استرس جریان کلیدها و به تبع آن کاهش بازده می گردد و تنظیم ولتاژ خروجی را نیز با مشکل مواجه می کند. در این پایان نامه ابتدا ساختار، نحوه عملکرد و مزایای مبدل باک درهم تنیده معرفی شده است و همچنین مشکلات این مبدل نیز بیان شده اند. سپس راهکارهایی که تاکنون برای کاهش اثرات ناشی از این مشکلات ارائه شده اند دسته بندی و بررسی شده اند. بر طبق دسته بندی انجام شده در این پایان نامه، راهکارهای برطرف کردن مشکلات مبدل باک درهم تنیده به سه دسته ی ارائه روشهای کاهش استرس ولتاژ قطعات نیمه هادی، ایجاد شرایط کلیدزنی نرم توسط روش های فعال با کمترین تعداد کلیدکمکی و ایجاد کلیدزنی نرم توسط روش های غیر فعال با کمترین تعداد قطعه کمکی، تقسیم می شوند. بر این اساس در این پایان نامه مبدل پیشنهادی اول، دوم و سوم برای کاهش استرس ولتاژ قطعات نیمه هادی مبدل باک درهم تنیده ارائه شده اند. مبدل پیشنهادی چهارم برای ایجاد شرایط کلیدزنی مبدل باک درهم تنیده نرم با یک کلید کمکی ارائه شده است. برای ایجاد شرایط کلیدزنی نرم توسط روشهای غیرفعال با کمترین تعداد قطعات کمکی نیز مبدل پیشنهادی پنجم در قالب خانواده ای از مبدل های تک کلید با کلیدزنی نرم ارائه شده است. در ادامه قابلیت پیاده سازی ایده مبدل پیشنهادی پنجم بر روی مبدل پیشنهادی اول، بررسی شده است. صحت راهکارهای پیشنهادی در قالب تحلیل های نظری ، نتایج شبیه سازی و عملی اثبات گردیده است. در انتها نیز از مطالب و نتایج بیان شده، یک نتیجه گیری کلی بیان خواهد شد و پیشنهاداتی برای بهبود بیشتر در مبدل باک درهم تنیده ارائه خواهد شد.