ارائه يک مدل ديناميکی سيگنال بزرگ برای مبدل های AC به DC با اصلاح کننده فاکتور توان

چكيده :
اين مقاله يک مدل برای کنترل متوسط جريان را معرفی می کند که می توان از آن در مدارات اصلاح کننده ضريب توان (PFC) در مبدل های DC  به DC و يا AC به DC استفاده کرد . مدل DC به DC معرفی شده شامل دو قسمت مي باشد :  1 ) يک مبدل DC به DC با توپولوژی متوسط که عناصر سويچينگ آن توسط منابع وابسته جايگزين شده است . 2 ) يک طرح کنترل متوسط جريان به همراه يک مدل مدولاسيون پهنای پالس (PWM)  که مقدار duty cycle اعمالی را مشخص می کند . به مشابه ، در مدل PFC ، مبدل  AC به DC با ترکيب يک مبدل متوسط افزايشی با کنترل انتخابی PFC با استفاده از کنترل جريان متوسط ، به دست مي آيد . 

در بررسی مدل پيشنهاد شده ، نتايج شبيه سازی شده با شکل موج های بدست امده از آزمايش مقايسه مي شوند  . نتايج آزمايشها ثابت می کند که اين مدل ، رفتار ديناميکی مدل سيگنال بزرگ و پايداری ضريب فاکتور توان (PFC) در مبدل های DC به DC و AC به DC  که با کنترل متوسط جريان می باشد؛  مي تواند به طور صحيح پيش بينی کند .   


1 – مقدمه :
کنترل متوسط جريان يک روش کنترلی بوده که به طور رايج در مدارات اصلاح کننده ضريب توان (PFC) در مبدل های AC به DC و DC به کار مي رود . روش کنترل پيک جريان دارای چندين مزيت است که به عنوان مثال باعث حذف شيب در جبران کننده خروجی و افزايش گين DC در فرکانسهای پايين و بهبود ضريب عدم نويز پذيری در سيگنال جريان ، از جريان نمونه برداری شده در مد کنترل جريان و کاهش مقدار THD در جريان ورودی . بسته های نرم افزار شبيه سازی از جمله Spice شامل مدل مدارات انتگرالگير بوده که کنترل متوسط جريان را انجام مي دهند . به هر حال عمده ترين مشکل اين گونه از شبيه سازی مدارها ، زمان محاسباتی زياد آن است که به دلايل مختلفی به وجود مي آيد که به طور عمده :

1 – 1 –  به دليل پيچيدگی الگوريتم های کنترل و المانهای سويچينگ ، برای بسط شبيه سازی شکل موجها نيز نيازمند زمان زيادی خواهد بود به ويژه زمانی که توپولوژی های مبدل و مدارهای کنترل خطی نباشد .

1 – 2 – افزايش زمان محاسباتی زمانی اتفاق مي افتد که ثابت زمانی مبدل بسيار بزرگتر از پريود سويچينگ باشد .  بنابراين  به منظور نشان دادن چگونگی رفتار اين گونه از مبدلها در حالت پايدار ، زمان پاسخ عملکرد مدارهای شبيه سازی شده کاملا زياد خواهد بود . 

1 – 3 – کاربرد سويچ های مختلف در يک توپولوژی نيز زمان محسباتی را افزايش خواهد داد . در اين مورد ، ديودها و سويچ های MOSFET عمل کننده در فرکانس های بالا و مدارات متعدد کنترلی وجود دارد . به عنوان يک نتيجه ، کل زمان محاسباتی برای بدست آوردن شبيه سازی شکل موج ها در حالت پايدار به دليل افزايش المانهای سويچينگ و کلاً پيچيدگی ، می تواند به طور چشم گيری افزايش يابد .به منظور کاهش زمان محاسباتی ، مدار مبدل پيچيده با يک مدل مبدل ساده جايگزين می شود . در گذشته ، مقالات  به  چندين تکنيک مدل کنترلی متوسط جريان برای مبدل های DC به DC اشاره کرده اند.


در اين مقاله نتايج زير حاصل گرديده است:

در اين مقاله يك مدل سيگنال بزرگ براي مدار DC به DC و AC به DC با استفاده از كنترل متوسط جريان ارائه شده است . مدل پيشنهاد شده براساس نمونه اوليه مدارها تحقيق شده است . براي مبدل DC به DC با كنترل متوسط جريان ، سيگنال بزرگ با استفاده از ترسيم شكل فاز و پاسخ گذراي سيگنال بزرگ ، هنگامي كه يك تغيير پله براي جريان رفرنس خواسته شده است ، آناليز مي شود . شكل موج هاي شيه سازي شده بان نتايج آزمايشاتي كه از نمونه اوليه بدست آمده است مقايسه مي شود ودرستي  پاسخ سيگنال بزرگ و سيگنال كوچك پايداري اندازه گيري شده نمونه اوليه مدار را بررسي مي كند .

 هم چنين از روي نتايج آزمايشگاهي مي توان مشاهده كرد مدل PFC مبدل AC به DC پيشنهاد شده ، مي تواند پاسخ گذرا و پايدار مدار PFC مبدل AC بهDC را پيش بيني كند . اين مدل از تركيب مدل متوسط مبدل افزايشي براي طبقه بندي طبقه قدرت و كنترل PFC انتخابي با استفاده از كنترل متوسط جريان با مدل مدار PWM بدست مي آيد .

 مدلهاي ارائه شده در اين مقاله مي تواند پاسخ ديناميكي اي كه طراحان را در طراحي كنترل كمك خواهد كرد را به طور دقيق پيش بيني كند . سازگاري اين مدل با شبيه سازي نرم افزاري ، آناليز مشخصه هاي سيگنال بزرگ و حالت پايدار را آسان مي سازد . با اين مدل هاي پيشنهاد شده در اين مقاله مي توان بدرستي رفتار را پيش بيني كرد  و مدار واقعي سيستم را طراحي كرد .

ارائه کنندگان مقاله:
موسي دركاله خواجه و اسماء شيرازي