شبیه سازی مقاله Soft switching bridgeless power factor correction with reduced conduction losses and no stresses

پروپوزال پروژه:

به نام خدا

پروپوزال پروژه­ی درس الکترونیک قدرت(1)

مبدل اصلاح ضریب توان بدون پل بوست  با قابلیت کلیدزنی نرم و کاهش تلفات کلید زنی

       با توجه به افزایش نیاز به مبدل­های  DC/DC، استفاده از یکسوکننده­ها امری ضروری می­باشد. مشکل مهم یکسوکننده های مرسوم پل دیودی(تک فاز) داشتن پیک زیاد جریان در ورودی و هارمونیک­های زیاد است که ضریب توان را کاهش می­دهد. برای محدود کردن هارمونیک­های جریان و بهبود کیفیت سیستم قدرت، یکسوکننده­های اصلاح ضریب توان(PFC) ارتقا یافته، مورد استفاده قرار گرفته­اند.در این تحقیق یک مبدل بدون پل اصلاح ضریب توان[1] با قابلیت کلید زنی نرم و کنترل به روش PWM  معرفی شده است.در این مبدل یک مدار کمکی قابلیت کلیدزنی نرم را برای تمامی عناصر نیمه هادی فراهم آورده است بدون آن­که اضافه جریان یا ولتاژ روی کلیدها اعمال شود. برای کاهش تلفات ایده­هایی در توپولوژی و کنترل یکسوکننده ارائه شده است .در تمامی حالت­های عملکردی این مبدل مسیر توان حداکثر با دو عنصر نیمه هادی پوشش داده می­شود.بنابراین تلفات توان در سوئیچ­ها کاهش یافته و بهره­ی انرژی بالا می­رود. درشکل(1) یکسوکننده­ی بدون پل Boost پیشنهادی  مشخص شده است.

Bridgeless Power Factor Correction Rectifier (BPFCR)- 1

مقدمه

مقدمه

با توجه به افزایش نیاز به مبدل­های DC/DC، استفاده از یکسوکننده­ها امری ضروری می باشد. مشکل مهم یکسوکننده­ی مرسوم پل دیودی(تک فاز) داشتن اوج زیاد جریان ورودی و هارمونیک های زیاد (THD بالا) است که ضریب توان را تا 5/0 الی6/0 کاهش می دهد. طبق استاندارد­های موجود مانند IEC 61000-3-2 نیاز است که هارمونیک­های ایجاد شده توسط یکسوکننده کاهش اساسی یابد. برای محدود کردن هارمونیک­های جریان و بهبود کیفیت سیستم قدرت، یکسوکننده­های اصلاح ضریب توان(PFC) ارتقا یافته و مورد استفاده قرار گرفته اند . در مقایسه با یکسوکننده­های اصلاح ضریب توان پسیو، یکسوکننده­های PFC اکتیو دارای ضریب­توان بالاتر و سایز ساختار کوچک­تری هستند، بنابراین یکسوکننده­های PFC اکتیو امروزه مورد استقبال بیشتری قرارگرفته­اند[1]. در شکل 1 یکسوکننده‌ی پل Boost نشان داده شده است.

به دلیل وجود پل ورودی در یکسوکننده های PFC مرسوم، در هر دوره­ی کلیدزنی، سه المان نیمه هادی (دو دیود پل و کلید یا دیود مبدل) در مسیر توان قرارگرفته است بنابراین بازده کلی مبدل محدود می شود. برای کاهش تلفات پل ورودی، ایده­هایی در ساختار و کنترل یکسوکننده ارائه شده است. این ساختارها، یکسوکننده­های بدون پل اصلاح ضریب توان[1] نامیده می­شوند که امروزه بیشترین کاربرد را دارند[2] .درشکل 2 یکسوکننده­ی بدون پل Boost و در شکل 3 یکسوکننده­ی  بدون پل Sepic نشان داده شده است[3]. همان­طور که مشاهده می شود در هر وضعیتی از عملکرد مبدل، تنها دو المان نیمه رسانا در مسیر توان وجود دارد.

یکسوکننده­های بدون پل اصلاح ضریب توان، همانند دیگر انواع مبدل­های PWM، دارای شکل موج مربعی برای جریان و ولتاژ کلید است که به­هنگام کلیدزنی، علاوه بر ایجاد نویز EMI[2]، به دلیل همپوشانی ولتاژو جریان کلید تلفات کلیدزنی ایجاد می­کند که علاوه بر کاهش بازده مبدل، فرکانس کلیدزنی مبدل نیز محدود می شود(بالا بودن فرکانس کلیدزنی به کاهش حجم و هزینه­ی مبدل منجر می شود).

به منظور رفع مشکلات ذکر شده، ساختارهای کلیدزنی نرم ارئه شده است که با به صفر رساندن ولتاژ یا جریان کلید به­هنگام کلیدزنی، تلفات کلیدزنی کاهش یافته ، همچنین نویز EMI کم می­شود[4] .

اما ساختار کمکی اضافه شده به یکسوکننده­ی بدون پل می­تواند دارای نقص­های زیر باشد:

• با وجود این­که کلیدزنی نرم را برای کلید اصلی فراهم می­کند ولی خود کلیدکمکی دارای تلفات کلیدزنی است.
• با ایجاد کلیدزنی نرم برای کلید اصلی و کلید کمکی، با اضافه کردن دیود در مسیر انتقال توان، تلفات کلیدزنی را افزایش می­دهد.
• با اضافه­کردن جریان به کلید، علاوه بر افزایش استرس جریان آن، تلفات هدایتی را نیز افزایش می­دهد.
• ساختار کمکی با داشتن تعداد المان­های زیاد قابلیت اطمینان مبدل را کاهش دهد.

در این تحقیق از میان تمام یکسوکننده­های موجود، یکسوکننده­ی بدون پل  Boost درحالت CCM به دلایل زیر انتخاب شده است:

• این مبدل با داشتن سلف در ورودی خود، دارای جریانی هموار است.
• به خاطر بدون پل بودن ساختار آن، تلفات هدایتی کمتر است.
• حالت CCM را برای دسترسی به توان­های بالا انتخاب کرده­ایم.

حال برای رفع مشکلات کلیدزنی سخت ، سعی ما بر آن است که با اعمال روشی برای رسیدن به کلیدزنی نرم(که در ادامه بیان می کنیم)، بازده یکسوکننده را افزایش دهیم و مشکلات موجود در بحث کلیدزنی را به کمینه­ی ممکن برسانیم.

در بخش اول کلیدزنی نرم و روش­های انجام شده برای آن به تفصیل بیان می­شود. در بخش دوم مبدل پیشنهادی ارائه و بررسی می­شود و نهایتاً در فصل سوم نتایج شبیه­سازی و عملی مبدل عرضه می­گردد.

 Bridgeless Power Factor Correction Rectifier (BPFCR)–[1]

[2] – Electromagnetic Interference