روش متوسط گیری دوگانه در مبدل اصلاح ضریب توان بوک-بوست
Abstract
در رگولاتورهای سوئیچینگ، هر مداری که سبب شود جریان ورودی خط، غیرسینوسی، یا سینوسی و غیرهم¬فاز با ولتاژ سینوسی ورودی و یا اینکه هارمونیکی گردد منجر به ضریب توان پائین و اتلاف توان می¬شود. در منابع تغذیه¬ی سوئیچینگ سنتی بعد از پل دیودی، فیلتر خازنی قرار داده شده است. در این¬گونه مدارات شکل موج جریان ورودی شامل پالسهای باریکی می¬باشد که زمان افت و خیز جریان در آن¬ها بسیار کوتاه می¬باشد. هرچه قدر زمان افت و خیز جریان کوتاهتر باشد مقدار پیک جریان ورودی و درنتیجه مقدار موثر آن، حتی از مقدار مورد نیاز برای تامین توان خروجی نیز بیشتر می¬گردد. این امر نه تنها سبب می¬گردد که درجه حرارت در ورودی افزایش یابد بلکه موجب افزایش درجه حرارت در فیلتر خازنی و در نتیجه باعث کاهش قابلیت اطمینانش می¬گردد. در این¬گونه مدارها ضریب توان بسیار پائین می¬باشد. یک راه حل برای بهبود ضریب توان، استفاده از فیلتر فعال می¬باشد. در این روش، فیلتر خازنی بعد از پل¬دیودی حذف می¬گردد و به¬جای آن از مبدل¬های سوئیچینگ استفاده می¬گردد و از جمله¬ی این مبدل¬ها عبارتند از: بوست، بوک، بوک- بوست، فلای بک و.... اصلاح ضریب توان در مبدل¬های سوئیچینگ در واقع بدین معنی می¬باشد که جریان ورودی سیستم، سینوسی و هم فاز با ولتاژ ورودی سینوسی گردد. جهت هم¬فاز نمودن جریان با ولتاژ باید یک مرجع سینوسی مناسب لحاظ گردد و با اعمال تکنیک کنترلی صحیح، جریان ورودی را به جریان مرجع سینوسی نزدیکتر نمود. تکنیک¬های مختلفی برای کنترل جریان وجود دارند از جمله: کنترل پیک جریان، کنترل جریان متوسط، کنترل مرزی، کنترل هیسترزیس و کنترل جریان ناپیوسته. بااستفاده از چنین تکنیک¬های کنترل جریانی، توازن توان حفظ می¬شود، ضریب توان تقریبا به مقدار واحد نزدیک می¬گردد و ولتاژ خروجی تقریبا در سطح ثابتی قرار می¬گیرد. مدار مبدل¬های اصلاح ضریب توان بدلیل استفاده از بلوک ضرب¬کننده و همچنین تغییرات زیاد در ضریب وظیفه، مدارهای غیرخطی می¬باشند. بنابراین روشی که برای تحلیل مدل این¬گونه مبدل¬ها صورت می¬گیرد باید روشی غیر خطی باشد. بسیاری از محققان تاکنون تلاش کرده¬اند تا رفتار دینامیکی مبدل¬های اصلاح ضریب توان را توصیف کنند اما آنان دو فرض اساسی درنظر گرفتند تا توسط آن سیستم غیرخطی را به سیستم خطی حول نقطه¬ی کار تبدیل کنند. فرض اول آنها اینست که در مبدل تصحیح ضریب توان، ظرفیت خازن خروجی به¬منظور تثبیت ولتاژ خروجی و چشم¬پوشی از ریپل آن بسیار بزرگ درنظرگرفته شود. البته چنین خازن خروجی¬، به دلیل هزینه¬ی بالا و اندازه¬ی بزرگ در طرح¬ها¬ی عملی قابل¬قبول نیست. فرض دوم اینست که ولتاژ ورودی متغیر با زمان با مقدار موثرش جایگزین گردد به¬عبارت¬دیگر با چنین فرضی از تاثیر تغییرات زمانی چشم¬پوشی گردد. بنابراین رفتار سیستم بر اساس مدل خطی بدست آمده حاصل از این دو فرض اساسی تحلیل می¬گردد. تحلیل¬های صورت گرفته نشان می¬دهد که سیستم درهر شرایطی، حول نقطه¬کارش پایدار می¬باشد و این در حالی است¬که نتایج آزمایشات عملی مبدل¬های تصحیح ضریب توان، چنین مطلبی (پایداری در هر نقطه¬ی کاری) را تائید نمی¬کند. از آنجائی که سیستم یک مبدل تصحیح ضریب قدرت، سیستمی غیرخطی می¬باشد بنابراین برای تحلیل رفتار دینامیکی چنین سیستمی، باید از روش¬های مدلسازی استفاده نمود که منجر به مدلی غیرخطی می¬گردند. سیستم تحت¬ مطالعه در این پایان¬نامه مبدل اصلاح ضریب توان بوک-بوست می¬باشد و جهت تصحیح ضریب توان در این مبدل از روش کنترل جریان متوسط استفاده شده است. به منظور مدلسازی چنین سیستمی، روش متوسط¬گیری دوگانه به آن اعمال گردیده. اساس این روش بدین گونه است که، متوسط¬گیری دوبار اعمال می¬گردد، یکبار در طول پریود سوئیچینگ و باردیگر در طول پریود ولتاژ ورودی. مدل منتجه پس از دو بار میانگین¬گیری، مدلی غیرخطی می باشد و همچنین با استفاده از چنین مدلی رنج پارامترهائی از مدار که در آن عملکرد پایدار سیستم تضمین شده است به آسانی و به طور دقیق بدست می¬آیند.