Skip to main content
SUPERVISOR
Ehsan Adib,Hossein Farzanehfard
احسان ادیب (استاد راهنما) حسین فرزانه فرد (استاد مشاور)
 
STUDENT
Dariush Cheshmdehmam
داریوش چشم دهمام

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Analysis and Improvement of High Step-Down Converters for Low Voltage and High Current Applications
Nowadays non-isolated high step down DC-DC converters are vastly applied in microprocessors supply, LED lightning equipment, power factor correction and battery chargers. Because of development in microprocessors technology, their current demand and power consumption has increased, which can be reduced through decreasing supply voltage. Also precise control of light intensity, power factor correction and high efficiency are features highly needed by modern lightning systems. Therefore non-isolated high step down DC-DC converters can be an ideal solution to these problems. In this thesis the most basic non-isolated structure i.e. buck converter is investigated and the problems concerning its application in high step down application has been discussed. Then the previously mentioned solutions for reducing the impact of problems are discussed. There are six approaches to resolve these problems including, extending the duty cycle, limiting voltage and current spike of semiconductor elements, reduction of voltage and current stress of semiconductor elements, provide soft switching conditions for semiconductor elements, reducing conduction and reverse recovery losses and increasing the switching frequency. Thus four new topologies are proposed to overcome the drawback of high step down converters. The proposed topologies have low gain and their operating duty cycle is high. All switches of the proposed converters operate under soft switching conditions and only one auxiliary switch is used for each of them to provide soft switching condition. Considering the intrinsic active clamp structure of the proposed converters , Leakage inductor energy has been completely recovered and the resulting voltage spike has been limited. The performance of the proposed converters is analyzed and their corresponding theoretical analysis are provided. In addition to simulation results a laboratory prototype of each converter is implemented and the theoretical analysis is confirmed by experimental results. Finally an overall conclusion is provided. Key Words: High step down DC-DC converters , voltage and current spike , voltage and current stress, soft switching conditions, reverse recovery
امروزه با پیشرفت تکنولوژی استفاده از مبدل‌های DC-DC بسیار کاهنده‌ی غیر ایزوله در تغذیه‌ی ریز‌پردازنده‌ها، باطری شارژرها، تجهیزات روشنایی LED، مدارات اصلاح ضریب توان و تغذیه ی بار‌های ولتاژ پایین افزایش یافته است. پیشرفت سریع تکنولوژی در ریزپردازنده ها، سبب افزایش تقاضای جریان در آن‌ها شده است. با افزایش جریان، توان مصرفی آن ها افزایش یافته است که با کاهش ولتاژ تغذیه می توان توان مصرفی ریزپردازنده را کاهش داد. سیستم های روشنایی امروزی باید دارای قابلیت کنترل دقیق شدت نور، اصلاح ضریب توان و بازده بالا باشند، بنابراین مبدل‌های DC-DC بسیار کاهنده‌ی غیر ایزوله می‌توانند راه حل های ایده آلی برای حل این مشکلات باشند. در این پایان‌نامه ابتدا پایه‌ای ترین ساختار غیر ایزوله یعنی مبدل باک مورد بررسی قرار گرفته است و مشکلاتی که این مبدل به منظور استفاده در کاربرد‌های بسیار کاهنده با آن مواجه است بیان شده است. سپس راهکار‌هایی که تاکنون برای کاهش اثرات ناشی از این مشکلات ارائه شده‌اند، دسته بندی و بررسی شده‌اند. راهکار‌های برطرف کردن مشکلات مبدل باک به شش دسته روش‌های گسترش ضریب وظیفه و کاهش بهره، روش‌های محدود کردن اسپایک ولتاژ و جریان المان‌های نیمه‌هادی، روش‌های کاهش استرس ولتاژ و جریان المان‌های نیمه‌هادی، ایجاد شرایط کلید‌زنی نرم، روش‌های کاهش تلفات بازیافت معکوس و هدایتی دیود‌های مبدل و روش‌های افزایش فرکانس کلید‌زنی تقسیم می‌شوند. بر این اساس در این پایان نامه چهار مبدل DC-DC بسیار کاهنده برای برطرف کردن معایب مبدل‌های بسیار کاهنده پیشنهاد شده‌است که همگی برای ولتاژ ورودی 150 ولت، ولتاژ خروجی 12 ولت، توان خروجی 120 وات، در فرکانس کاری 100 کیلو هرتز طراحی شبیه‌سازی و ساخته شده‌است از طرفی بازده مبدل‌های پیشنهادی بین 94 تا 5/95 درصد می‌باشد. بهره‌ی مبدل‌های پیشنهادی پایین بوده و گستره‌ی ضریب وظیفه‌ی آن‌ها بالا می‌باشد. همه‌ی کلید‌های مبدل‌های پیشنهادی تحت شرایط کلید‌زنی نرم عمل می‌کنند و در تمامی ساختار‌های پیشنهادی، تنها از یک کلید کمکی به منظور فراهم کردن شرایط کلید‌زنی نرم استفاده شده است. با توجه به ساختار محدود کننده فعال ذاتی تمامی مبدل‌های پیشنهادی، انرژی سلف نشتی کاملا بازیابی شده و اسپایک های ولتاژ ناشی از آن کاملا محدود شده است. عملکرد هر کدام از مبدل‌های پیشنهادی بررسی شده و تحلیل تئوری آن‌ها نیز ارائه گردیده‌است. ضمن بررسی عملکرد هر کدام از مبدل‌ها توسط شبیه سازی، نمونه‌ی آزمایشگاهی هر کدام از آن‌ها ساخته شده و صحت تحلیل‌های حاصل از شبیه سازی توسط پیاده‌سازی عملی نشان داده شده‌است. در انتها نیز از مطالب و نتایج بیان شده، یک نتیجه‌گیری کلی بیان شده‌است و پیشنهاداتی برای بهبود بیش‌تر در مبدل‌های بسیار کاهنده‌ی پیشنهادی ارائه شده است. کلمات کلیدی: 1- ضریب وظیفه 2- استرس ولتاژ و جریان 3- اسپایک ولتاژ و جریان 4- کلیدزنی نرم 5- بازیافت معکوس.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی