ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض dc-dc ٬دبٲ، ڀطؾ ځؿٶاٶٸظض dc ٬دبٲ ٻؾ ٻ ... ·...

9
چک ي ده و تجزیهرسیین مقاله به بر در ا مبدليل و تحلDC-DC سری رزونانسی، مبدلDC-DC ازی و مبدلنانسی مو رزوDC-DC رزونانسی سری- مواز ی پرداخ شده است. تهين به و همچن شده مقایسهل با همدل بصورت کام این سه مب صورت کلی و جزئییا و معایب آن مزا ها بيانیده است. گرد کليد واژه: مبدلDC-DC سری رزونانسی، مبدلDC-DC موازی رزونانسی ، مبدلDC-DC سری رزونانسی- موازی مقدمه ا رزونانسی بهز مبدل هایده استفا مروزه اای آنل مزای دلی از هادمان جمله ران با سوئیچینگ با ، فرکانسلی توا ، چگا ن زیاد وداول شده است، بسیار متسی کملکترومغناطی نویز ا. مبدل هاینواد رزونانسی خاگ نرم ه سوئیچینز مبدل های ه ای ا که در ستند آننتقالان واسط استقیم به عنونانسی به طور م شبکه رزو ها یک انرژیستفاده می شود ا وه کنترل به وسیلعموسیون م رگورده می شودئیچینگ بدست آو سو فرکانس کردن[13]-[14] . در کنندهمر ایزولهانسفور و تر پسیولمان های اندازه این مبدل ها افته اند.تر کاهش یا بیشلمانر اثرات مضر ا به طور قابل توجه تی ترانوص سلف نشتبه خص( تیرازی های پا)مر سفور زیادتر به طورسخ گذرا افزایشن و پالی تواین چگابراد و بناه شده انهش داد کافته اند. یا یک تانکLC ه ای است که ساده ترین شبک سری کند.یجادی را ا سرند مبدل رزونانستر می توا یک اینوره با همرا مبدل شامل یک قدرت رزونانسی های تانک رزونانستشدید( (LC می باشند تانکژ این جریان و ولتاه شکل موج کر زیرفاصله دره تغییرنوسی از سوئیچینگ به شکل سی زمانی ی می کند. این شکل مو بزرگی دارن دامنه ینوسی سی ج های د. زمان ینس مدار که فرکاL-C تشد ی د تقر یً با با فرکانس سوئ ی چ ی نگ برابر اس ت، هارمون ی کها یخواسته حذف م نا ی شوند. ساختارها ی متد عد ی برا ی مبدل ها ی رزونانس ی معرف ی شده است . بس ی ار ی از ا ی ن مبدل ها ی رزونانس ی دارا ی معا ی ب ی ن ی ز هستند. در مقا ی سها مبدل ها ب یPWM عمول م ی ، مبدل ها ی رزونانس ی پ ی ک ولتاژ و جر ی ان ب ی شتر ید که منجر به افزا دارن ی شت هدا تلفا ی ت ی م ی شود . و هم چن ی ن افزا ی ش ول تاژ و جر ی ان ، سطح الکترون ملزومات قطعات ی ک قدرت را افزا ی ش م یهد د . و به دل ی ل دشوار ی بهنتخاب در ا ی نه یصر برا عنا ی عملکرد به ی نه ، رنجود جر محد ی ان ده ی خروج ی و ولتاژ ورود ی را در پ ی خواهد داشتوه بر ا . ع ی ن، بس ی ار یز مبدل ها ا ی رزونانس ی برا ی کنترل خروج ی به مدو س ی ون( فرکانسFM ن) ی ا زارند که ا د ی ن کار طراح ی ف ی لترل را پ و کنتر ی چ ی ده تر م ی کند. تغ یی ر فرکانس سوئ ی چ ی نگ ، وس ی له ا ی برا ین و ولتاژ خروجرل توا کنت ی م ی باشد. یک مبدلDC-DC نسی را می رزونا سازی ون با یکسو تواترکردن ولتاژ فیلac ی، ساخ رزونانستر یک اینور خروجی ت. مبدلی به سه ز های رزونانس می شوند:ر گروه تقسیم ی مبدل های سری، رزونانسی موازی، رزونانسی مبدل های مبدل های سری رزونانسی- موازی[12]-[11] . تجز ی ه وتحل ي ل وطراح ی مبدلDC DC رزونانس ی سر یر مبدل د ها ی مبتن ی برPWM ود ، با محد ی ت افزا ی ش فرکانس مواجه ی م . ز ی اد سوئ فرکانس شدن ی چ ی نگ منجر به افزا ی شلفات ت سوئ ی چ ی نگ م ی مبدل هااهبرد شود. ر ی رزونانس ی برا ی کاهشه سه مبدل و مقایسرسی برDC-DC سری رزونانسی، مبدلDC-DC رزونانسیازی و مو مبدلDC-DC رزونانسی سری- موازیده آقاجانی سعی1 ، نیدات حسیوبه سا محب۲ و عسکری مهران علی۳ 1 دمیه آزاد اسنشگا ا- سگاناحد خورا و، saiedehaghajany@Email ۲ میه آزاد اسنشگا دا آ موزشکده فن ی و حرفه ا ی سما، واحدواحد( سگان خورا)ادران بر، m.hoseini8993@Gmail ۳ مهران علی عس ک ری- صفهانه صنعتی انشگا دا، [email protected]

Upload: others

Post on 15-Mar-2020

11 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض DC-DC ٬دبٲ، ڀطؾ ځؿٶاٶٸظض DC ٬دبٲ ٻؾ ٻ ... · ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ،ڀطؾ

رزونانسی DC-DC رزونانسی موازی و مبدل DC-DC مبدل ،رزونانسی سریDC-DC و تحليل مبدل در این مقاله به بررسی و تجزیه – دهيچک

بيان ها مزایا و معایب آن جزئیکلی و صورتاین سه مبدل بصورت کامل با هم مقایسه شده و همچنين به ته شده است. ی پرداخمواز -سری

گردیده است.

موازی -رزونانسی سری DC-DC، مبدل رزونانسی موازی DC-DCمبدل ،رزونانسی سری DC-DCمبدل کليد واژه:

مقدمه

ها از دلیل مزایای آن مروزه استفاده از مبدل های رزونانسی بها

ن زیاد و ، چگالی توا، فرکانس سوئیچینگ باالباالجمله راندمان

های مبدل .نویز الکترومغناطیسی کم، بسیار متداول شده است

ستند که در ه ای از مبدل های سوئیچینگ نرم هرزونانسی خانواد

ها یک شبکه رزونانسی به طور مستقیم به عنوان واسط انتقال آن

رگوالسیون معموال به وسیله کنترل و استفاده می شود انرژی

در .[14]-[13]کردن فرکانس سوئیچینگ بدست آورده می شود

این مبدل ها اندازه المان های پسیو و ترانسفورمر ایزوله کننده

به طور قابل توجه تر اثرات مضر المان بیشتر کاهش یافته اند.

به طور زیادتر سفورمر(های پارازیتی )به خصوص سلف نشتی تران

کاهش داده شده اند و بنابراین چگالی توان و پاسخ گذرا افزایش

سری ساده ترین شبکه ای است که LCیک تانک یافته اند.

همراه با یک اینورتر می تواند مبدل رزونانس سری را ایجاد کند.

رزونانستانک های قدرت رزونانسی شامل یک مبدل

که شکل موج جریان و ولتاژ این تانک می باشند LC))تشدید

ی زمانی از سوئیچینگ به شکل سینوسی تغییر درهر زیرفاصله

د.ج های سینوسی دامنه ی بزرگی دارناین شکل مو .می کند

با فرکانس باًیتقر دیتشد L-Cکه فرکانس مدار یزمان

.شوند یناخواسته حذف م یکهایهارمون ت،برابر اس نگیچیسوئ

شده یمعرف یرزونانس یمبدل ها یبرا یعددمت یساختارها

زین یبیمعا یدارا یرزونانس یمبدل ها نیاز ا یاری. بساست

ی، مبدل هایمعمول PWM یبا مبدل ها سهیدر مقا. هستند

شیدارند که منجر به افزا یشتریب انیولتاژ و جر کیپ یرزونانس

، سطحانیو جر تاژول شیافزا نی. و هم چنشود یم یتیتلفات هدا

لی. و به دلدهد یم شیقدرت را افزا کیملزومات قطعات الکترون

، رنج نهیعملکرد به یعناصر برا ی نهیدر انتخاب به یدشوار

خواهد یپ را در یو ولتاژ ورود یخروج یده انیمحدود جر

کنترل یبرا یرزونانس یاز مبدل ها یاریبس ،نی. عالوه بر اداشت

کار نیدارند که ا زای( نFMفرکانس ) ونیسبه مدوال یخروج

فرکانس رییتغ .کند یتر م دهیچیو کنترل را پ لتریف یطراح

باشد. یم یکنترل توان و ولتاژ خروج یبرا یا لهی، وسنگیچیسوئ

توان با یکسو سازی و رزونانسی را می DC-DC یک مبدل

مبدل ت.خروجی یک اینورتر رزونانسی، ساخ acفیلترکردن ولتاژ

مبدل های یر گروه تقسیم می شوند:های رزونانسی به سه ز

مبدل های مبدل های رزونانسی موازی، رزونانسی سری،

.[11]-[12]موازی-رزونانسی سری

ی سر یرزونانس DC – DCمبدل ی وطراح ليوتحل هیتجز

فرکانس شیافزا تی، با محدودPWMبر یمبتن یها در مبدل

تلفات شیمنجر به افزا نگیچیشدن فرکانس سوئ ادی. زمیمواجه

کاهش یبرا یرزونانس یشود. راهبرد مبدل ها یم نگیچیسوئ

موازی ورزونانسی DC-DC مبدل ،رزونانسی سری DC-DC بررسی و مقایسه سه مبدل

موازی-سریرزونانسی DC-DC مبدل

۳مهران علی عسکریو ۲محبوبه سادات حسینی، 1سعیده آقاجانی

saiedehaghajany@Email، واحد خوراسگان -انشگاه آزاد اسالمید1

m.hoseini8993@Gmail، برادران( خوراسگان )واحد واحد سما، یا و حرفه یموزشکده فنآ –دانشگاه آزاد اسالمی۲ [email protected] ، دانشگاه صنعتی اصفهان -ریکمهران علی عس۳

Page 2: ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض DC-DC ٬دبٲ، ڀطؾ ځؿٶاٶٸظض DC ٬دبٲ ٻؾ ٻ ... · ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ،ڀطؾ

است که یرزونانس نورتریا کی یریکارگ ، بهنگیچیتلفات سوئ

گنالین سی. پس از آن ا[2]-[1] کند یم دیتول ac گنالیس کی

یم لتریو ف یکسوسازی، یدر خروج DC گنالیس دیبه منظور تول

.شود

کیتمام موج و کسوسازیبا پل را مین نورتریا کی 11 شکل

. دو خازن قرار دهد ینشان م یدر خروج لتریخازن به عنوان ف

نصف کردن یدارند و برا یادیز یها تیظرف یشده در ورود داده

. ستندیها جزء مدار رزونانس ن خازن نیروند. ا یکار م ولتاژ منبع به

یربعولتاژ م کی دیتول یها برا چیسوئ یریکارگ ، بهمدار یکار اصل

i انیجر یبرا دیتانک تشد کی Crو Lrری س بیباشد. ترک یم

ولتاژ دیکند و به منظور تول ینوسان م انی. جردهند یم لیتشک

DC شود یم لتریو سپس ف یکسوسازی، یدر خروج.

مختلف عملکرد مبدل یحالت ها

فرکانس ئیچینگ وی بین فرکانس سو عملکرد مبدل به رابطه

هر . مثالً مبدل سری پایه میتواند در رزونانس تانک بستگی دارد

، بسته به ارتباط بین فرکانس کدام از سه مُد مختلف کار کند

: ، LCو فرکانس رزونانس طبیعی مدار سوئیچینگ

ZVS؛ سوئیچینگ ؛ در بدلعملکرد فوق رزونانس م

صفر می تواند رخ دهد. برای –، سو ئیچینگ ولتاژ در این حالت

، ، فرض کنید که فرکانس سوئیچینگ اولین تجزیه و تحلیل

. اگر فرکانس بیشتر باشد اندکی از فرکانس رزونانس

، باشد LCسوئیچینگ نزدیک به فرکانس رزونانس تانک

.نوسی با فرکانس سوئیچینگ می باشدسیتقریباً

ی اصلی آن و جریان و مؤلفه ولتاژ مربعی ورودی 11شکل

.را نشان می دهد تانک

نک در مورد امپدانس دیده شده توسط مدار سوئیچینگ برای تا

از فرکانس نس های بیشتردر فرکا سری می توان گفت که

. در فرکانس برتری دارد ، امپدانس سلف بر خازنسوئیچینگ

رزونانس برابرند و همدیگر را خنثی می کنند و در فرکانس های

سوئیچینگ کمتر از فرکانس رزونانس، این خازن است که غلبه

ط مدار . پس در این حالت امپدانس دیده شده توسدارد

یان تانک از ولتاژ ، خاصیت سلفی دارد و لذا جرسوئیچینگ

پس همانگونه که مشاهده .(11افتد )شکل سوئیچینگ عقب می

ی عبور از لحظه سریعتر، می کنید، لحظه ی عبور از صفر ولتاژ

. وصل شدن سوئیچ ها در لحظه ای از صفر جریان روی می دهد

جایی که جریان رخ می دهد، ی زمانی در فاصله

و ازی شده با سوئیچ در حال هدایت استمنفی است و دیود مو

. یعنی وصل شدن سوئیچ در ولتاژ سوئیچ صفر است در نتیجه

تلفات گیرد و لذا صفر صورت می - حالت سوئیچینگ ولتاژ

، وقتی شود. در حالت کلی سوئیچینگ لحظه وصل حذف می

تانک رزونانس ، توسط مدار سوئیچینگ، امپدانس دیده شده ی

.می تواند رخ دهد ZVSچینگ ، سوئیسلفی باشد

. ی قطع شدن دارای جریان می باشند اما سوئیچ ها در لحظه

. ی قطع، به قوت خود باقی است بنابراین تلفات سوئیچینگ لحظه

شدن توان تلفات قطع با اصالحاتی در مدار مبدل، می

هایی به ، خازنرا نیز کاهش داد. بدین منظورترانزیستورها

ی ( برای رفع این مشکل در شبکهsnuberعنوان کمکی )

Page 3: ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض DC-DC ٬دبٲ، ڀطؾ ځؿٶاٶٸظض DC ٬دبٲ ٻؾ ٻ ... · ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ،ڀطؾ

، خازن MOSFET. در مورد اند سوئیچینگ قرار داده شده

بصورت . این خازن ها جی خود آن برای این منظور کافیستخرو

(leg)موازی با هر سوئیچ یا موازی با هر یک سوئیچ در هر پایه

، به جای ی قطع شوند که جریان لحظه باعث میگیرند و قرار می

عبور کند و تلفات ها ز سوئیچ و ایجاد جرقه، از این خازنعبور ا

ید دید که در حالت زیر رزونانس . در ادامه خواهرا از بین ببرد

، توان با این گونه تمهیدات صفر( نمی –سوئیچینگ جریان )

ترین مزیت سوئیچینگ . این مهمکاهش دادتلفات سوئیچینگ را

گ ولتاژ صفر کاهش . مزیت دیگر سوئیچینصفر است –ولتاژ

EMI در مبدل های از ظرفیت خازنی ذاتی المان هاست ناشی .

PWM این صفر –معمولی و تا حدودی در مبدل های جریان ،

اغتشاشات فرکانس باال از تغییرات سریع در شارژ و دشارژ المان

های با . مبدلفرایند قطع یا وصل نشأت می گیرندها در طول

ها را تولید نمی EMIذاتاً این نوع از ، سوئیچینگ ولتاژ صفر

مدارهای کمکی PWM، همانند مبدل های ها . در این مبدلکنند

( به مدارها اضافه می شوند Passive Snubber Circuitغیرفعال )

سوئیچ ها را کاهش دهند و تلفات و استرس di/dtو dV/dtتا

.را به مدارهای اسنابر منحرف کنندهای ایجاد شده

رزونانسی سری با در نظر گرفتن DC-DCه و تحلیل مبدل تجزی

. ولتاژ ورودی شود مؤلفه ی اصلی جریان ها و ولتاژها انجام می

. اگر باشد می ، یک ولتاژ مربعی با اندازه ی تانک ،

، پس ولتاژ ورودی ثابت است فرض شود که ولتاژ خروجی

است مثبت باشد و برابر است اگر برابر یکسوساز

خاطر شرایط دیودهای یکسوساز برای منفی باشد )به اگر

عبارتند و . دامنه مؤلفه های اصلی (هرکدام از این حاالت

از :

. اگر است برابر جریان خروجی جریان خروجی یکسوساز

، مقدار تقریب زده شود با یک سینوسی با دامنه ی

: متوسط

و acرابطه بین ولتاژهای ورودی و خروجی با تجزیه و تحلیل

. شکل آید با مؤلفه ی اصلی شان به دست میتقریب سیگنال ها

ی اصلی ، مؤلفهرا نشان می دهد. ولتاژ ورودی acمدار معادل 1۲

ر همگی در فرکانس های مدا . امپدانسموج مربعی است

. سوئیچینگ هستند

مقدار مقاومت خروجی از نسبت ولتاژ به جریان خروجی به دست

می آید :

:ل از تحلیل فازوری به دست می آیدنسبت تبدیل ولتاژ مبد

:نکه در آ

گی دارند. های فوق به مقدار فرکانس سوئیچینگ بست راکتانس

با تغییر فرکانس سوئیچینگ مبدل قابل ،بنابراین ولتاژ خروجی

ستگی . حساسیت خروجی به فرکانس سوئیچینگ بکنترل است

. دارد و به مقادیر

به این صورت تعریف شود : Qاگر

Page 4: ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض DC-DC ٬دبٲ، ڀطؾ ځؿٶاٶٸظض DC ٬دبٲ ٻؾ ٻ ... · ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ،ڀطؾ

ست. رسم شده ا 1۳و فرکانس در شکل Qبرحسبنمودار

.به دلیل تقریب های گفته شده، این نمودار کامالً دقیق نیست

رمبدل؛عملکردد رزونانسعملکردزیر

ZCSسوئيچينگ

رزونانسی سری و اینورتر رزونانسی سری که DC – DCدر مبدل

دارای فرکانس سوئیچینگ کمتر از فرکانس رزونانس اما بیشتر از

تواند انجام صفر می –، سوئیچینگ جریان استنصف آن

. در آن جریان ترانزیستور قبل از قطع کردن صفر [4]-[3]پذیرد

، بت به ولتاژ سوئیچینگ پیش فاز استجریان تانک نس .شود می

همانند امپدانس ورودی تانک خازنی است پس جریان چون

، نه که در این شکل مالحظه می کنیدگو همان .است 11شکل

ی اصلی ولتاژ جلو می افتد و ی اصلی جریان تانک از مؤلفه مؤلفه

ی از لحظه، قبل ی عبور از صفر شکل موج جریان حظهدر نتیجه ل

. سوئیچ ها با جریان و دهد عبور از صفر شکل موج ولتاژ رخ می

شوند که منجر به تلفات وصل شدن سوئیچ ولتاژ مثبت روشن می

. در هر ئیچ ها در جریان صفر قطع می کنندها می شود. سو

، ترانزیستور می تواند ی زمانی لحظه از فاصله

ی این شود. چون در هر نقطه بدون تلفات سوئیچینگ خاموش

بازه زمانی جریان سوئیچ منفی است که به معنی عبور جریان از

دیود موازی ترانزیستور است در نتیجه تلفات قطع سوئیچ ها از

، وقتی (. در حالت کلیصفر –. )سوئیچینگ جریان رود بین می

مپدانس دیده شده ی تانک رزونانس توسط مدار سوئیچینگ ا

اگر . [6]-[5]دهد تواند رخ می ZCS، سوئیچینگ دخازنی باش

فرکانس سوئیچینگ فقط از فرکانس طبیعی تشدید کمتر باشد،

روشن شدن بعد از نیم سیکل تناوب رخ میدهد اما قبل از کامل

، جریان پیوسته در سلف نتیجه acشدن یک سیکل تناوب

در ،ن سوئیچ، با وجود دیودهای هرزگردمیشود. روشن شد

. تلفات بازیابی ن و ولتاژ محدود در سلف رخ میدهدیط جریاشرا

voltage)ی کوتاه بازیابی ولتاژ میدهد و در لحظه معکوس دیود رخ

recovery snap) نویز به مدار تزریق میشود. بنابراین دیودهای با ،

الزمند. خاموش شدن (fast recovery diodes)بازیابی سریع

رخ میدهد، زمانیکه جریان سلف از سوئیچ در جریان و ولتاژ صفر

صفر عبور کرده و دیودهای هرزگرد به هدایتشان ادامه میدهند.

تریستورها را میتوان به عنوان تجهیز سوئیچینگ در این مُد

.کنترل بکار برد

ونه که در همانگ .اما تلفات سوئیچینگ در لحظه وصل وجود دارد

، سوئیچ دارای شدن ی وصل ، در لحظهمشاهده می کنید 11شکل

ینگ در این لحظه سوئچینگ سخت باشد و سوئیچ جریان می

ور در حالت زیر رزونانس همین عف مبدل های مذکض. نقطه است

ز بین بردن این . همانند حالت فوق رزونانس راهی برای ااست

لت زیر رزونانس برای عملکرد . در کل، حاتلفات وجود ندارد

اگر فرکانس سوئیچینگ .پی دارد بیشتری را در ، تلفاتمبدل

. همان تجزیه و تحلیل توان تریستور به کار برد ، میپایین باشد

، در این حالت نیز به ( به کار رفتکه برای حالت قبل )

. البته در این حالت هارمونیک های شکل موج جریان رود کار می

.متری داردو تقریب سینوسی دقت ک قوی تر هستند

Page 5: ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض DC-DC ٬دبٲ، ڀطؾ ځؿٶاٶٸظض DC ٬دبٲ ٻؾ ٻ ... · ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ،ڀطؾ

هدایت ناپيوسته عملکرد مبدل در

نشان 11سری در شکل ، جریان تانک با این فرکانس سوئیچینگ

.داده شده است

مثبت می شود و با ، روشن می شود 11در شکل وقتی

به صفر . وقتی که جریان درنوسان می کند فرکانس

. جریان منفی را عبور می دهد ، دیود شود رسد و منفی می می

خاموش است ، رسد به صفر می وقتی که جریان دوباره در

روشن ، ماند تا این که در و جریان در صفر باقی می

ریان برای نیم سیکل دوم، قرینه ی نیم سیکل شکل موج ج. شود

. خاموش و روشن شدن سوئیچ ها در جریان صفر باعث اول است

. از آن جا که سوئیچ هد شد که تلفات سوئیچینگ حذف شودخوا

شوند، می توان در کاربردهای ها در جریان صفر خاموش می

.[8]-[7]فرکانس پایین از تریستور استفاده کرد

در دوحالت قبلی . ، جریان تانک ناپیوسته استدر این حالت

. از آن جایی که مقدار متوسط جریان جریان پیوسته بود

LC، جریان در شاخه دیکسونشده سلف باید برابر جریان بار باش

.پیک بزرگی خواهد داشت

رزونانسی سری DC – DCدر ساختار مبدل تغييراتی

تغییراتی در رزونانسی سری را می توان با DC – DCمبدل

. بدین صورت که ساخت 11ار نشان داده شده در شکل ساخت

را می توان در خازن های مقسم ورودی داخل کرد به خازن

را داشته طوری که هر کدام از خازن های ورودی مقدار

. یک ترانسفورماتور ایزوالسیون نیز به عنوان بخشی از باشند

11. شکل شود م موج خروجی به کار گرفته میی تما یکسوکننده

رزونانسی سری DC – DCاین تغییرات را در ساختار مبدل

:نشان می دهد

رزونانسی DC – DCتجزیه و تحليل و طراحی مبدل

موازی

. رزونانسی موازی است DC – DC، یک مبدل 11مبدل شکل

. پل یکسو کننده قرار گرفته است بابه صورت موازی خازن

یک جریان ثابت را از خروجی پل برای سلف فیلتر خروجی

، ولتاژ خازن و ورودی پل کند. عملیات سوئیچینگ تولید می بار

دارد. وقتی ولتاژ خازن مثبت را به نوسان وا می یکسو کننده

مستقیم هستند و جریان بایاش و ، دیودهای است

و ، را حمل می کنند. وقتی ولتاژ خازن منفی می شود

. کنند را حمل می بایاس مستقیم هستند و جریان

، یک جریان با شکل موج مربعی با اندازه بنابراین جریان

ی تمام موج از ، یکسوشدهاژ خروجی یکسوکنندهاست. ولت

.می باشد

Page 6: ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض DC-DC ٬دبٲ، ڀطؾ ځؿٶاٶٸظض DC ٬دبٲ ٻؾ ٻ ... · ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ،ڀطؾ

رزونانسی موازی را با صرف نظر کردن از DC – DCمبدل

ac. مدار معادل تحلیل می کنیمهارمونیک های ولتاژ خازن

.نشان داده شده است 11بدل در شکل این م

ی اصلی ی مؤلفه ین مدار برابر نسبت اندازهمقاومت معادل برای ا

مربعی پل ی اصلی جریان ی مؤلفه ولتاژ خازن به اندازه

، مقدار یکسوکننده است. با فرض سینوسی بودن ولتاژ خازن

متوسط موج سینوسی یکسوشده در خروجی پل یکسوکننده باید

برابر باشد : با

. بنابراین مقاومت معادل :است ه اصلی دامنه مؤلف که

می باشد . با تحلیل فازوری دامنه ی مؤلفه ی اصلی که

داریم : 11مدار شکل

ی تمام موج برابر مقدار متوسط یکسو شده از آن جایی که

:است

:اصلی جریان موج مربعی ورودی است ی ی مؤلفه دامنه

نسبت تبدیل ولتاژ 11با معادله ی ۲1و ۲1با ترکیب معادالت

:محاسبه می شود

یا

این Qرسم شده است که در آن 11در شکل Qبرحسب

:گونه تعریف می شود

بیشتر از فرکانس رزونانس های سوئیچینگ نمودار برای فرکانس

ن فرکانس به تر است زیرا شکل موج ولتاژ خازن در ای دقیق

. سینوسی نزدیک تر است

، رزونانسی موازی DC-DCتوجه داشته باشید که در مبدل

DC-DC، اما در مبدل تواند از ورودی بیشتر باشد خروجی می

.محدود می شود رزونانسی سری، خروجی به

رزونانسی سری DC – DCتجزیه و تحليل و طراحی مبدل

موازی –

موازی نشان داده شده در –رزونانسی سری DC – DCمبدل

. تجزیه و تحلیل آن هر دو خازن سری و موازی را دارد ۲1شکل

DC – DCمشابه تجزیه و تحلیل قسمت قبل برای مبدل

را تولید می . سوئیچ ها ولتاژ مربعی رزونانسی موازی است

، سینوسی در حالت ایده آل ،کننده کنند و ولتاژ ورودی پل یکسو

Page 7: ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض DC-DC ٬دبٲ، ڀطؾ ځؿٶاٶٸظض DC ٬دبٲ ٻؾ ٻ ... · ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ،ڀطؾ

برای تولید . سلف ورودی (ی اصلی آن خواهد بود )مؤلفه

ست و باعث می شود که ا جریان بدون ریپل در نظر گرفته شده

.مربعی باشد جریان ورودی یکسوکننده ،

acی بین ولتاژهای ورودی و خروجی با تجزیه و تحلیل رابطه

. مدار آید ، به دست میبرای مؤلفه های اصلی شکل موج ها مدار

. تحلیل نشان داده شده است ۲1کور در شکل معادل مبدل مذ

فازوری این مدار نتیجه می دهد :

DC – DCی مبدل برابر همان مقدار گفته شده برا که در آن

:رزونانسی موازی است

:ها در فرکانس سوئیچینگ عبارتند ازو راکتانس

و ی اصلی به ترتیب دامنه ی مؤلفه و هم چنین

.هستند

دیل ولتاژ مبدل را به ، نسبت تب۲1و ۲1به کارگیری معادله ی

:می دهددست

۲۲در شکل Qبر حسب متغیر برای ۳1معادله ی

:این گونه تعریف می شود Qترسیم شده است که در آن

ترند های بیشتر از فرکانس رزونانس دقیق نمودارها برای فرکانس

بهتر نمایانگر acشوند و تحلیل زیرا هارمونیک ها بهتر فیلتر می

توان درخازن های مقسم را می Cs. خازن سری ت واقعی استحال

قرار داد )شکل Cs/2ولتاژ داخل کرد و ظرفیت هرکدام را برابر

11.)

مقایسه مبدل های رزونانسی

وان برای های سری این است که خروجی را نمی ت مبدل مشکل

مقاومت بار 11ی . وقتی که در معادلهباری تنظیم کرد حالت بی

اژ کند و ولت به صفر میل می Q، میل کند به بی نهایت

. خروجی از فرکانس مستقل می شود

اژ را در حالت بی ، مبدل موازی قادر است که ولتبا وجود این

برای مبدل موازی، وقتی ۲1ی . در معادلهباری تنظیم کند

شود وخروجی همچنان به بیشتر می Qمقاومت بار افزایش یابد،

. عیب مبدل موازی این است ماند س سوئیچینگ وابسته میفرکان

. تلفات [10]-[9]که جریان تانک تقریباً مستقل از بار است

هدایتی ثابت است وبازده مبدل در بارکم تقریباً پایین است.

Page 8: ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض DC-DC ٬دبٲ، ڀطؾ ځؿٶاٶٸظض DC ٬دبٲ ٻؾ ٻ ... · ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ،ڀطؾ

های سری و موازی را ترکیب موازی مزایای مبدل –مبدل سری

بل کنترل است . خروجی آن برای بی باری وکم باری قاکند می

، نسبتاً زیاد است.آن در بار کموبازده

نتيجه گيری

های رزونانسی، به منظور کاهش تلفات ناشی از سوئیچینگ مبدل

در بسیاری از انواع مبدل ها مورد استفاده قرار می گیرند . مبدل

های رزونانسی با استفاده از خاصیت نوسان جریان یا ولتاژ، تلفات

ها در لحظاتی که ولتاژ یا . سوئیچدهند ش میسوئیچینگ را کاه

های مطرح شوند . ساختار شوند ، باز وبسته می جریان صفر می

-DCهای ، مبدلقیق عبارتند از اینورتر رزونانسیشده در این تح

DC های رزونانسی موازی. مبدل –، موازی و سریرزونانسی سری

ر مورد توجه ، بسیاهای الکترونیک قدرت در حال حاضر در کاربرد

اند واین به دلیل بازده بیشتر و امکان کار در فرکانس واقع شده

ر کوچکتر نسبت به سایر مبدل های باالتر و در نتیجه اجزای فیلت

. ستاها

های رزونانسی به طور ترین مزایا و معایب مبدل مهم

خالصه :

: مزایا

کاهش تلفات سوئیچینگ

های مبتنی در مقایسه با مبدل های باالتر توانایی کار در فرکانس

PWMبر

مغناطیسی ایجاد شده توسط مبدل حذف برخی تداخالت الکترو

: معایب

افزایش تلفات هدایتی

افزایش سطح ملزومات قطعات الکترونیک قدرت

پیچیدگی سیستم کنترل و فیلتر

بازده کم در بارهای کم به دلیل جریان زیاد تانک حتی در بی

باری

منابع[1]RobertW.Erickson,DraganMaksimovic,”Fundamentals

of Power Electronics”, Second

Edition,Secaucus,NT,USA:Kluwer Academic

Publishers,2000 [2] Daniel W.Hart, “Power Electronics“

,McGRAW.HILL, INTERNATIONAL EDITION,1997

[3] Muhammad H. Rashid,”POWER ELECTRONICS

HANDBOOK”,University of west florida,academic

press,2001

[4] Mohan N. etal,”Power

Electronics”,ThirdEdition,Wiley International,2003

[5].Prof. Bob Erickson, “Resonant Power Conversion” ,

Colorado Power Electronics Center,Department of

Electrical,Computer,and Energy Engineering,University

of Colorado,Boulder

[6] C.Nagaragan,M.Madheswaran,”Analysis and

implemention of LLC-T series parallel resonant converter

using fuzzy logic controller”,Proceeding of the

International Journal of Engineering,Science and

Technology,Vol.2,No.10,pp.35-43,2010

[7]BijuS.Nathan and V.Ramanarayanam

“Analysis,Simulation and Design of Series Resonant

Converter for High Voltage Applications”,Proceeding of

IEEE International Conference on Industrial

Technology,Jan 2000

[8]P.Chandrasekhar,S. Rama Reddy,”Design of LCL

Resonant Converter for Electrolyser”,presented at the

Annals of DUNAREA DE JOS University of GALATI

FASCICLE III,2010,No.1<ISSN 1221-454X

[9]M. Annamalai,M. VijayaKumar,”Design Simulation

of CLL Resonant DC-to-DC Converter for Stand Alone

Wind Energy System”,Proceeding of International Jornal

of Computer and Electrical Engineering,Vol. 2,No.

5,October 2010

[10]AudreyBonsall,ZakiMoussaoui,IssaBatarseh,”Modeli

ng and Pspice Simulation of A Power resonant

Converter”,appears in: Southcon/94. Conference Record

,March 1994

[11] M. Jabbari, “Unified Analysis of Switched-

Resonator Converters”, IEEE Trans.Power.Electron., vol.

26, No.5 , pp1364–1376 , May 2011.

[12] M. Jabbari, and H. Farzanehfard “Analysis and

Experimental Results of Switched-ResonatorBased Buck-

Boost and InvertingBuck Converters”, IEEE, pp. 412-

416,2010

[13] Jabbari, M.: ‘Unified Analysis of Switched-

Resonator Converters’, IEEE Trans. Power Electron.,

2011, 26, (5), pp. 1364–1376.

[14] Tschirhart,D. J., andJain, P. K.:‘Design Procedure

for High-Frequency Operation of the Modified Series-

Page 9: ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض DC-DC ٬دبٲ، ڀطؾ ځؿٶاٶٸظض DC ٬دبٲ ٻؾ ٻ ... · ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ ٸ ڀظاٹٲ ځؿٶاٶٸظض dc-٬دبٲ،ڀطؾ

Resonant APWM Converter to Reduce Size and

Circulating Current’, IEEE Trans. Power Electron., 2012,

27, (10), pp 4181–4191.