Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Farzanehfard,Ehsan Adib
حسین فرزانه فرد (استاد مشاور) احسان ادیب (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farzad Hosseinabadi
فرزاد حسین آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Investigation, Improvement and Losses Reduction of Bridgeless Power Factor Correction Converters
Today, the incredible growth in the use of electronic devices that require DC power supplies leads to employing more and more rectifiers. Since diode rectifiers include diodes and capacitor, DC power supplies draw nonsinusoidal current from power line and pollute line current by harmonic components. Therefore, power factor (PF) decreases and total harmonic distortion (THD) increases. Also, Harmonics in power systems cause overheating in transformers and induction motors and electromagnetic interference. In order to minimize the power grid damages resulted by injected harmonics and achieve high power factor in electrical equipment, standards such as IEC61000-3-2 should be met. Thus, researchers have focused on improving power factor correction (PFC) topologies. The boost converter is widely used as a PFC converter due to its high PF and simplicity. However, boost converter cannot provide low output voltage. Thus, due to inrush current problem and the required low output voltage in some applications such as server, telecommunication, storage systems and networking, the researchers have introduced buck type PFC converter. In bridgeless technique, input bridge diode and PFC stages are merged together to reduce the number of simultaneously conducting semiconductor devices. In this thesis two bridgeless buck PFCs are introduced. The main drawback in the buck type PFCs is existence of dead angle when the output voltage is higher than input voltage, which leads to high current distortion and low PF. Therefore, in the first proposed PFC an auxiliary switch and in the second proposed PFC a Flyback converter are employed to omit dead angle from input current and improve PF. All of two proposed PFCs operate under DCM condition and shape input current inherently. Due to elimination diode bridge, the minimum number of semiconductor devises is applied in the power flow path that decreases conduction losses. Furthermore, all semiconductors turn on and off under soft switching condition. Laboratory prototypes of the proposed bridgeless PFCs are designed and implemented to verify validity of theoretical analysis. It is concluded that proposed bridgeless PFCs omit dead angle of input current and reduce THD. Also, due to reduction of the number of semiconductors in the power flow path and providing soft switching condition for semiconductors, efficiency of proposed bridgeless PFCs are high and equal to %92. Key words: Bridgeless Buck PFC, Dead Angle, Soft Switching
امروزه با توجه به افزایش روز‌‌افزون دستگاه‌ها و تجهیزات الکترونیکی که برای تامین توان خود نیاز به منبع تغذیه DC دارند اهمیت منابع تغذیه DC پر‌رنگ‌تر شده‌ است. غالبا این تجهیزات نیاز خود را از طریق شبکه قدرت تامین می‌کنند به همین جهت، استفاده ازیکسو‌کننده‌ها افزایش یافته است. با توجه به این‌که یکسو‌کننده‌ها شامل یک پل دایودی و خازن بوده بنابراین از شبکه یک جریان غیر ‌سینوسی، شامل هارمونیک‌های فرکانس اصلی برق شهر، دریافت می‌کنند که باعث افزایش THD و کاهش ضریب توان (PF) به مقادیری کمتر از 7/0 می‌شود. علاوه ‌بر ‌این هارمونیک‌ها در شبکه قدرت باعث مشکلاتی نظیر گرم شدن بیش از اندازه ترانسفورمر‌ها و ماشین‌ها القایی، افزایش جریان سیم نول در سیستم‌های سه‌فاز و همچنین اختلال در شبکه‌های مخابراتی می‌شوند. از همین‌رو استاندارد‌های بین‌ا‌لمللی تدوین شده‌ اند که بطور سختگیرانه‌ای مقدار هارمونیک‌های تزریق شده به شبکه را محدود می‌کند. بنابراین جهت کاهش هارمونیک‌های تزریقی به شبکه قدرت و افزایش ضریب توان نیاز به استفاده از مداراتی بعد از پل دایودی می‌باشد که مدارات اصلاح ضریب توان (PFC) نامیده می‌شوند. مبدل‌های اصلاح ضریب توان بوست به‌دلیل ساد‌گی و ضریب توان بالا بطور گسترده‌ای در صنعت استفاده می‌شوند. ولی بدلیل این‌که ولتاژ خروجی این مبدل بزرگ‌تر از ولتاژ ورودی آن بوده و همچنین کابرد‌هایی نظیر سرور، مدار‌های مخابراتی و... که به ولتاژ خروجی پایینی نیاز دارند، مبدل‌های اصلاح ضریب توان باک معرفی شده اند. با توجه به این‌که عناصر نیمه‌ها‌دی در زمان هدایت خود، باعث ایجاد تلفات هدایتی و کاهش راندمان می‌شوند دسته‌ای از مبدل‌ها معرفی می‌شوند که مبدل اصلاح ضریب توان و پل دایودی ورودی در یکدیگر ادغام شده اند. از مزایای این نوع ساختار می‌توان به کاهش تعداد عناصر نیمه‌هادی در مسیر عبور توان و در نتیجه کاهش تلفات هدایتی، افزایش راندمان و کاهش قیمت اشاره کرد. همچنین جهت استفاده از محاسن افزایش فرکانس کلید‌زنی در مبدل‌های اصلاح ضریب توان، می‌بایست شرایط کلید‌زنی نرم را برای عناصر نیمه‌هادی فراهم کرد. در این پایان‌نامه دو مبدل اصلاح ضریب توان بدون پل باک معرفی شدند. مبدل‌های اصلاح ضریب توان باک در لحظات گذر از صفر که ولتاژ ورودی از ولتاژ خروجی کمتر است توانایی انتقال توان به بار را نداشته و در نتیجه جریان ورودی آن‌ها صفر می‌شود. صفر شدن جریان ورودی در لحظاتی از زمان باعث می‌شود که شکل موج جریان ورودی سینوسی کامل نباشد و به همین جهت باعث تزریق هارمونیک‌های فرکانس اصلی برق شهر به سیستم قدرت و کاهش PF و افزایش THD جریان ورودی می‌شود. بنابراین در مبدل پیشنهادی اول با استفاده از یک کلید کمکی و در مبدل پیشنهادی دوم با بکار‌گیری یک مبدل فلای‌بک، زاویه گذر از صفر بطور کامل از جریان ورودی حذف شده و ضریب توان مبدل افزایش یافته است. هر دو این مبدل تحت شرایط DCM کار کرده و بطور ذاتی به جریان ورودی شکل می‌دهند. به دلیل حذف پل دایودی در ورودی مبدل‌های پیشنهادی، حداقل المان نیمه‌هادی در مسیر عبور توان بوده که باعث کاهش تلفات هدایتی می‌شود. همچنین شرایط کلید‌زنی نرم برای تمامی عناصر نیمه‌هادی فراهم شده است. نمونه‌های عملی مبدل‌های پیشنهادی اول و دوم هر دو در آزمایشگاه ساخته شدند و نتایج خروجی آن‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از نمونه‌های آزمایشگاهی نشان می دهد که مبدل‌های پیشنهادی هر دو توانسته اند زاویه گذر از صفر را از جریان ورودی حذف نمایند و THD جریان ورودی را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. همچنین بدلیل کاهش المان نیمه‌هادی در مسیر عبور توان و ایجاد شرایط کلید‌زنی نرم، راندمان مبدل‌های پیشنهادی در شرایط تست، بالا و در حدود 92% می‌باشد. کلمات کلیدی: 1- مبدل‌های اصلاح ضریب توان بدون پل باک 2- زاویه گذر از صفر 3- کلید‌زنی نرم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی