Skip to main content
SUPERVISOR
Ehsan Adib,Hossein Farzanehfard
احسان ادیب (استاد مشاور) حسین فرزانه فرد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Monireh Ghorbanian
منیره قربانیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Design and Implementation of a Zero Voltage Transition Forward Converter with a Simple Gate Driver
the output current of forward converter is not pulsating and it is suitable for low output current ripple applications. The core reset of the forward transformer is a significant problem, which is generally solved by using a tertiary winding. However, this increases the volume and cost and also limits the duty cycle. The second basic problem in the conventional forward converter is hard switching. ZVT auxiliary circuits provide zero-voltage at turn-on for the main switch. The criterions of evaluation in ZVT cells include soft switching of both main and auxiliary switches, voltage and current stress of the auxiliary and main switches, efficiency and applicability to other converters. In this thesis, at first, existing soft transition forward converters with their advantage and disadvantage are investigated. Then,a new ZVT forward converter is proposed in which ZVS conditions for the main switch and ZCS condition for the auxiliarywitchis provided. In addition, by eliminatingcapacitive turn-on loss of the main switch and eliminating the reverse recovery loss of all diodes due to ZCS turn off, theefficiency of the presented converter has increased. In addition, the voltage stress across the auxiliary switch is clamped to the input voltage. In the proposed converter, no isolated gate drivers are required for the main and the auxiliary switches while the converter is PWM. The primary windings of the forward converter is utilized to transfer power from the input to the output, providing ZVS condition and the core reset of the power transformer. As result,the tertiary winding is omitted. In the introduced converter, the power transformer is discharged during a resonance process and provides the capability of operating at duty cycles more than 0.5. Soft switchingcondition is independent from the input voltage and output load, just like other ZVT converters. This ZVT cell can be used for flyback converter, too. The proposed flyback converter provides soft switching for both the auxiliary and main switches. Also, all the above mentioned benefits attained for the forward converter, are provided for the flyback converter.The complete analysis of the proposed forward converter, its operating principals and design considerations are discussed in this thesis. Also to verify the theoretical analysis, the converter simulation results and practical results are presented.Then, operating interval of the proposed flyback converter is illustrated. At the end, the conclusions of this thesis and suggestions for future research are explained. Keywords 1-Forward converter2-oft switching3-zero­ voltage transition (ZVT)
مبدل‌ ایزوله نوع فورواردتک کلید به دلیل سادگی در ساختار و کنترل، همچنین تعداد المان‌های کمتر به خصوص کلید در توان‌های پایین کاربرد دارد. علاوه بر این در مبدل فوروارد جریان خروجی غیر پالسی است و برای کاربردهای با ریپل جریان خروجی پایین مناسب است. یکی از مسائل مورد توجه در مبدل فوروارد ایزوله، ریست هسته ترانسفورمر می‌باشد که معمولا با اضافه شدن سیم‌پیچ ثالثیه برطرف می‌شود؛ اما سیم‌پیچ ثالثیه ضریب وظیفه مبدل را محدود می‌کند و همچنین منجر به افزایش اندازه و هزینه ترانسفورمر می‌گردد. مبدل فوروارد پایه علاوه بر آن‌که نیاز به سیم‌پیچ ثالثیه به منظور ریست هسته ترانسفورمر دارد با مسئله عملکرد کلیدها به صورت کلیدزنی سخت مواجه است‌.مدار‌های کمکی از نوعZVTشرایطروشن شدن کلید اصلی در ولتاژ صفر را ایجاد می‌کنند. معیارهای ارزیابی مبدل‌هایZVTفراهم آوردن کلیدزنی نرم برای هر دو کلید اصلی و کمکی، استرس ولتاژ و جریان کلیدها، میزان بازده و قابلیت اعمال مدار کمکی به مبدل‌های دیگر می‌باشد. در این پایان‌نامه، ابتدا به مرور مبدل‌های فوروارد گذار نرم پرداخته می‌شود و مزایا و معایب هر کدام مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس یک مبدل فوروارد گذار نرم نوعZVTپیشنهاد می‌شود که در این مبدل شرایط کلید زنی در ولتاژ صفر برای کلید اصلی و کلیدزنی در جریان صفر برای کلید کمکی فراهم شده است. همچنین با حذف تلفات خازنی کلید اصلی در زمان روشن شدن و حذف تلفات بازیافت معکوس دایودها به علت خاموش شدن در جریان صفر، بازده مبدل افزایش یافته است. به علاوه استرس ولتاژ کلید کمکی به سطح ولتاژ ورودی کلمپ می‌شود. از ویژگی‌های دیگر این مبدل، عدم نیاز کلیدهای اصلی و کمکی به گیت درایو ایزوله و کنترل مبدل به صورتWMاست. در مبدل پیشنهادی از کل سیم‌پیچ اولیه برای انتقال توان از ورودی به خروجی و از نصف آن برای تخلیه هسته ترانسفورمر استفاده می‌شود که باعث حذف سیم‌پیچ ریست شده است. به دلیل این‌که ریست هسته طی فرایند رزونانس انجام می‌شود، ضریب وظیفه مبدل به بیشتر از 5/0 افزایش می‌یابد. شرایط کلیدزنی برای کلید اصلی و کمکی مانند بقیه مبدل‌های گذار نرم از ولتاژ ورودی و بار خروجی مستقل است. یکی از امتیازهای دیگر مدار کمکیZVTپیشنهادی قابلیت اعمال به مبدل فلای‌بک است که شرایط کلیدزنی نرم را برای هر دو کلید مبدل فراهم می‌کند. مبدل فلای‌بک پیشنهادی نیز همه مزایای مبدل فوروارد ارائه شده را شامل می‌شود. مبدل فوروارد پیشنهادی در این پایان‌نامه به طور جامع تحلیل می‌شود و روش طراحی به صورت کامل بیان ‌شده است. به منظور صحت تحلیل‌های نظری، نتایج شبیه‌سازی و نتایج عملی نمونه ساخت آزمایشگاهی ارائه شده است. سپس به بیان وضعیت‌های مختلف عملکرد فلای‌بکپیشنهادی پرداخته شده است. در پایان نتیجه‌گیری و پیشنهاداتی برای ادامه تحقیقات بیان شده‌ است. واژه‌‌های کلیدی:1- مبدل فوروارد 2- کلیدزنی نرم 3- گذار نرم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی