منابع و ماخذ تحقیق دشارژ، S_2، L_1، L_2

لف L_1 شارژ می شود و سلف L_2 در حال دشارژ شدن است و زمانی که کلید S_1 قطع شود و کلید S_2 روشن شود سلف L_1 دشارژ می شود و سلف L_2 شارژ می شود.و عملکرد مدار CW نیز در فصل 1 گفته شد.
ابتدا فرض می کنیم که کلیدS_1 روشن باشد و کلید S_2 خاموش باشد در این صورت داریم:
0v_l1=v_in

v_l2=v_c1

i_c1=i_l2

در حالت دوم فرض بر این است که که کلیدS_1 خاموش باشد و کلید S_2 روشن در این صورت داریم:
DT =0 ⇒ V_c1=V_c2-(V_in ” ” )/”1-D ”

 =0    ⇒            V_c1=(1-D) V_c2

nv_c2=v_o ⇒ V_c2=(v_o ” ” )/n
مقدار گین مدار برابر است با:

V_o/V_in =n/(D(1-D))
(2-1-1) مشخصات مدار ارائه شده
پارامتر های مداری که می خواهیم طراحی کنیم به این صورت است که V_in=24 v و V_out=140
و توان خروجی مدار برابر است باP_out=100 W
(2-2) محاسبه المان های مدار
با فرض این که ∆I=0.05 I_DC باشد و تمام المان های مدار ایده آل باشند آنگاه :

P_o=P_in

I_DCin=P_o/V_in

V_L1=L_1 (∆I_L1)/∆T ⇒ L_1=(D〖V_in〗^2)/(0.05fP_o )

 =0       ⇒      i_L2=(1-D)P_o/V_in

i_cw =i_L1-i_L2 ⇒ i_L1-i_L2-∆i_L2≠0    ⇒ ∆i_L2 max≠i_L1-i_L2

بد ترین حالت ممکن زمانی است که به دلیل این که اگر ریپل سلف دو صفر شود جریانی به ضرب کننده تزریق نمی شود.

∆i_L2i_L1-i_L2=DP_o/(V_in ” ” )

V_L2=L_2 (∆i_L2)/∆T ⇒ L_2=((1-D) V_o V_in ” ” )/(nP_o ” ” f)

با فرض این که∆V_c2=0.05 V_c2 باشد در مدت زمان DTi_c2=C_2 ⇒ C_2=(〖(1-D)〗^2 〖nP〗_o)/(0.05 fV_o V_in )

R_l=〖V_o〗^2/P_o

همان طور که از رابطه بالا پیداست اندازه خازن با فرکانس رابطه عکس دارد برای اینکه به خازن کوچکتری برسیم مقدار فرکانس سوئیچنگ بزرگ در نظر گرفته شده است که در مدار ارائه شده مقدار فرکانس سوئیچینگ برابر 50 KHz در نظر گرفته شده است. با عدد گذاری در روابط استخراج شده مقادیر المان های مدار به دست می آیند،جدول (2-1).
با توجه به گین محاسبه شده و ولتاژ های ورودی و خروجی مدارCW یک طبقه می شود ومقدار D دیوتی سایکل برابر 0.28 است.

جدول(1-1) پارامترهای محاسبه شده مدار
value
name
c 4.52 μ
C_2 ,C_1
195 ohm
R_l
50 KHz
f
24 V
V_in
140 V
V_o
100 W
P_o
0.861 mH
L_1
0.14 mH
L_2

(2-3)استرس ولتاژ و جریان المان ها
به بیشترین ولتاژ و جریانی که روی هر المان می افتد استرس ولتاژ و جریان آن المان گفته می شود و یکی از معیارهایی است که نوع المان ها برای ساخت انتخاب می شود.
(2-3-1)استرس ولتاژ و جریان دیودها:
چون دیود ها در هر بازه کاری تنها در 1/3 آن هدایت می کنند پس بازه های انتگرال از 0 تا T/3 می شود.

 =1/T  ∫_0^(T⁄3)▒〖i(t) dt=i_in/3〗 =1.38 A

V_D5=V_C5=V_o/n =46.66 V

(2-3-2)استرس ولتاژ و جریان کلیدها:

i_SW1=i_L1= 4.166 A

V_SW2=V_C1=8.5 V

i_SW2=i_L1= 4.166 A

V_SW1=-V_C2-V_C1=V_in/(1-D)  = 40 V

(2-3-3)استرس ولتاژ خازن ها:

v_c2=(v_o ” ” )/n +∆v_c2=50 V

V_c1=(1-D) V_c2=30 V

فصل سوم

انتخاب المان های ساخت

(3-1)خازن
با توجه به این که مقدار خازن محاسبه شده f 4.52 μ است و مدار خروجی DC است می توان از خازن های الکترولیتی که نسبت به دیگر خازن ها ارزان تر و در رنج های مختلف هست و به راحتی در بازار ایران یافت می شوند استفاده کرد. در این جا به دلیل اینکه قیمت خازن های الکترولتی تقریبا یکسان است و ریپل ولتاژخروجی کم شود از خازن الکتولیتی f 330 μ که با یک خازن MKT f, 1 μ فرکانس بالا به دلیل این که مقدار ریپل خروجی مدار کاهش پیدا کند استفاده شده است.
Aluminum Electrolytic Capacitors Radial Miniature, Low Impedance

این خازن مقدارSEL=16 nH و مقدار SER آن با توجه به دیتا شیت و اندازه و رابطه خازن برابر است با: ESR=tgδ/2*πfC_r=0.07*π*50000*330*〖10〗^(-6)=3.6 ohm

که مقدار V_R=100 V برای آن است.
مقدار SEL و SER برای خازن MKT‌خیلی ناچیز است .
(3-2)کلید:
با توجه به اینکه در فرکانس بالا سوئیچ زده می شود و سرعت کلید زنی بالا است از کلید ماسفت استفاده شده است . و همچنین با توجه به استرس جریان آن که 4.166 A و استرس ولتاژ آن برای کلید 1 8.5V و کلید2 40 V‌ است و کلید ها NOT هم هستند از یک نوع کلید استفاده می کنیم تا سرعت کلید زنی آنها ، rise time و fall time آنها مثل هم باشند.
کلیدIRF540NPbF

در این کلید V_DSS=100 V و R_DC=44 m ohm وI_D=33 A و Q_g=71 nc وV_gs=10 V است.

(3-3) دیود:
با توجه به این که فرکانس بالاست از دیود های fast استفاده شده است . هم چنین با توجه به استرس ولتاژ روی آن که 46.66V و استرس جریان آن 1.38A است از از دیود10 A, 200 V, Ultrafast Diode استفاده شده است. که V_RRM= 150 که V_RRM= 150 V و I_F = 20 A و V_f=0.85 v است.

(3-4)گیت درایو:
برای گیت درایو از ICL7667 با توجه به ویژگی هایی از قبیل سرعت بالا و جریان خروجی نسبتا زیاد و کاربرد ساده آن استفاده شده است. در این نوع گیت درایو R_out=7 ohm است.

0.02T=0.4 μs

V_GD=15 volt

V_GS=V_GD*(1-e^((-t)/(R.C)))

V_GS=10  V C=Q_g/V_GS=71 nc/10= 7.1 nF

R_tot<25.6 ohm     R_out+R_G<25.6        R_G< 51.6 ohm R_out= 7 ohm مقاومت خروجی گیت درایو که از مقاومت 47 ohmاستفاده شده است.
جریان اولیه ای که از خروجی درایو عبور می کند برابر است با:

I_ing=V_GD/(R_out+R_G )=15/54=0.207 A

توان مقاومت برابر است با:

P=〖I_ing〗^2*R_out=3.6 W

که از مقاومت ‌ HPC Series (DISCONTINUED) باتوان 7W استفاده شده است.
جریان اولیه ای که از این درایو کشیده می شود تقریبا برابر 1A‌است.

فصل چهارم

طراحی سلف ها

(4-1)محاسبه L_1
مقدارL_1=0.861 mH و I_o=4.16 A و ∆I=0.05I_o و فرکانس هم 50kHz است. با فرض اینکه α=1.5 % و k_u=0.4 و 〖 B〗_m=0.22 باشد مقدار سلف را طراحی می کنیم. برای شروع چون فرکانس ما زیاد است باید از هسته های فریت استفاده کنیم.

I_pk=I_o+∆I/2=4.164   A

Energy= (L〖I_pk〗^2)/2=7.496*〖10〗^(-3)     watt/seconds

K_e=0.145P_o 〖B_m〗^2(〖10〗^(-4)) = 7.018 *〖10〗^(-5)

K_g=〖Energy〗^2/(K_e α)=0.53         〖cm〗^5

از هسته PQ 40/40 که مقدار K_g=0.62 〖cm〗^5 است استفاده می شود.که مشخصات آن در جدول زیر می توانید مشاهده کنید.