Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Reza Karshenas
حمیدرضا کارشناس (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Ebrahimpour
علی ابراهیم پورپشتریگی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Design and Implementation of a High-current Synchronous Rectifier with Input AC Controller
This thesis concerns with improving the efficiency of high-current low-voltage rectifiers. High-current low-voltage rectifiers have a widespread usage in the industry especially in the field of electroplating processes. These rectifiers have certain challenges and limitations. The topology of a rectifier has direct impact on its performance. The comparison of different topologies based on different criteria such as the conduction losses of semiconductor switches and the size of the transformer are addressed in this thesis. Among various topologies, the six-phase topology with interphase transformer is adopted since it has the lowest conduction losses. Most high current rectifiers must have the ability to control output voltage/current. The conventional method of controlling the power of these rectifiers is to use a controlled semiconductor switch, such as a thyristor, at the load side of the transformer. However, in high current applications, the higher voltage drop of controlled switches leads to higher conduction losses and lower efficiency. In this thesis, a thyristor-based AC voltage controller is employed at the high-voltage and low-current side of the transformer, resulting in lower conduction losses. By changing the firing angle of the thyristors, the rectifier output power can be continuously controlled. Another approach for reducing conduction losses in high current rectifiers is replacing the diodes with MOSFET switches. Such rectifiers are sometimes called synchronous rectifier as the switching command of power MOSFETs must be synchronous with the line voltage. Replacing diode with a suitable MOSFET can significantly reduce conduction losses. In this thesis, various synchronous rectification methods are reviewed. A driving method for is presented in which by inserting a proper dead-time in MOSFET gating pattern, the short circuit condition is avoided. Simulations are carried out to verify the function of the proposed synchronous rectifier and the driving method. Simulation results show that the amount of synchronous rectifier losses is significantly lower than that of a diode type. In order to verify the simulation results, a laboratory prototype of a six-phase synchronous rectifier with IPT with an AC voltage controller at the input are implemented. It is observed that the practical results match the simulation results. Key Words:High-power Rectifier, High-current Rectifier, Controllable Rectifier, Synchronous Rectifier (SR)
یکسوکننده های جریان بالا و ولتاژ پایین، علی رغم کاربرد وسیع در صنعت، همواره با چالش ها و محدودیت هایی همراه بوده اند. در این پایان نامه، پس از بررسی این چالش ها و محدودیت ها، راه کارهایی برای بهبود آن ها معرفی شده است. اولین چالش در طراحی یکسوکننده های جریان بالا و ولتاژپایین، یافتن ساختار قدرت مناسب است. لذا در ابتدا، ساختارهای قدرت مرسوم توان بالا بر اساس معیارهایی نظیر تلفات هدایتی دیودها، اندازه ترانسفورمر و جریان نامی دیود ها با یکدیگر مقایسه شده اند. از بین این ساختار ها، ساختار شش فاز با ترانسفورمر بین فاز، در عین داشتن کمترین تلفات هدایتی، کمترین حجم ترانسفورمر را دارد. این ساختار در مقایسه با ساختار شش فاز بدون ترانسفورمر بین فاز، هارمونیک های کمتری در جریان سمت اولیه خود دارد. یکی از ویژگی های اساسی اکثر یکسوکننده ها، قابلیت کنترل توان خروجی است. روش مرسوم کنترل توان این یکسوکننده ها، استفاده از کلید های نیمه هادی کنترل شونده نظیر تریستور، در سمت بار است. اما این روش در جریان های بالای خروجی و خصوصا ولتاژهای خروجی پایین، سبب کاهش چشمگیر بازده یکسوکننده می شود. روش دیگر برای کنترل توان این یکسوکننده ها، استفاده از کنترل کننده ولتاژ ACتریستوری، در سمت ولتاژبال و جریان پایین ترانسفورمر)سمت شبکه( است. با تغییر زاویه آتش تریستورها، توان خروجی یکسوکننده را می توان به طور پیوسته کنترل کرد. یکسوکننده های جریان بالا و ولتاژ پایین، محدودیت های دیگری نظیر حجم و وزن زیاد و بازده پایین دارند، که همه آن ها ناشی از تلفات هدایتی بالای دیود یا تریستور های خروجی است. یکی از روش های نوین کاهش تلفات در یکسوکننده های ولتاژ پایین، جایگزین کردن دیود های آن ها با کلید های نیمه هادی ماسفت است. جایگزین کردن دیود با ماسفت مناسب، باعث کاهش قابل توجه تلفات هدایتی می شود. در فصل چهارم، روش های مختلف یکسوکنندگی سنکرون معرفی شده اند. در ادامه، روش پیشنهادی این پایان نامه ارائه و جزئیات آن بررسی شده است. در این روش، ایجاد زمان مرده بین سیگنال فرمان ماسفت ها)برای جلوگیری از وقوع اتصال کوتاه( به سادگی امکان پذیر است. برای بررسی عملکرد یکسوکننده سنکرون، از شبیه سازی یکسوکننده با بهره گیری از مدل واقعی کلید ها، استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که میزان تلفات یکسوکننده سنکرون نسبت به نوع دیودی)در بار یکسان،( به شکل قابل توجهی کمتر است. کاهش تلفات یکسوکننده، به معنای افزایش بازده و کاهش حجم و وزن آن)خصوصا در یکسوکننده های جریان بالا( است. سپس، دیگر مزایای یکسوکننده های سنکرون بررسی شده اند. همچنین یکسوکننده های سنکرون و دیودی، از نظر هزینه ساخت با یکدیگر مقایسه شده اند. در ادامه، برای بررسی صحت مطالب مطرح شده و نتایج شبیه سازی، یک نمومه آزمایشگاهی از یکسوکننده سنکرون شش فاز با ترانسفورمر بین فاز با کنترل کننده ولتاژ ACدر ورودی، پیاده سازی شده است. مشاهده می شود که نتایج عملی با نتایج شبیه سازی مطابقت دارند. در پایان، پس از جمع بندی و نتیجه گیری نهایی، پیشنهاد هایی برای بهبود و ادامه این پژوهش مطرح شده است. کلمات کلیدی: -1یکسوکننده پر توان -2یکسوکننده جریان بالا -3یکسوکننده کنترل پذیر -4یکسوکننده سنکرون

ارتقاء امنیت وب با وف بومی