منابع و ماخذ تحقیق شبیه سازی، قیمت تمام شده

دانلود پایان نامه ارشد

ا، مقاومت کلید ها و افت ولتاژ دیود ها تولید ولتاژ بالا امری غیر ممکن خواهد بود.
تاکنون مبدل های افزاینده ولتاژ بسیاری ارئه شده اند که می توانند بدون عملکرد در سیکل های کاری بسیار بالا ،ولتاژ ورودی را تا حد دلخواهی افزایش دهند.اما این مبدل ها معمولا از ترانسفورمر ایزوله کننده یا سلف های تزویج برخوردارند.
امروزه به منظور افزایش ولتاژDC ریز منابع، از ضرب کننده های ولتاژ استفاده می کنند. ضرب کننده های ولتاژ درواقع ترکیبی از چند دیود و خازن می باشند که با یک ساختار منطقی به یکدیگر متصل شده اند. هم چنین زمان هدایت دیود ها و شارژ و دشارژ خازن ها در این مدارات از الگوی خاصی پیروی می کنند. مزیت استفاده از این روش این است که در سیکل های کار پایین، بهره ولتاژ بالایی تولید می کنند. به خاطر کاهش قیمت تمام شده مبدل و همچنین کاهش تلفات و افزایش قابل اطمینان از ضرب کننده به جای ترانس استفاده می شود.

فهرست مطالب

فهرست جداول 8
فهرست شکل ها 9
علائم اختصاری 11
فصل اول 14
مقدمه 14
(1-1)مبدل 15
(1-2) اصول عملکرد CW 15
(1-3) مدار ارائه شده 17
فصل دوم 18
مراحل طراحی 18
(2-1) تحلیل مدارارائه شده: 19
(2-1-1) مشخصات مدار ارائه شده 20
(2-2) محاسبه المان های مدار: 20
(2-3) استرس ولتاژ و جریان المان ها 22
(2-3-1) استرس ولتاژ و جریان دیودها: 22
(2-3-2) استرس ولتاژ و جریان کلیدها: 22
(2-3-3) استرس ولتاژ خازن ها: 23
فصل سوم 24
انتخاب المان های ساخت 24
(3-1)خازن 25
(3-2)کلید: 25
(3-3) دیود: 26
(3-4)گیت درایو: 27
فصل چهارم 28
طراحی سلف ها 28
(4-1)محاسبه L1 29
(4-2) محاسبه L2 32
فصل پنجم 35
محاسبه هیت سینک ، طراحی اسنوبر،راندمان ومدار حفاظت 35
(1-5) محاسبه هیت سینک برای کلید ها: 36
(5-11) 38
که از هیت سینک iZIF™ HEAT FRAME با مقاومت 108 C/W استفاده شده است. 38
(5-2)محاسبه هیت سینک برای دیود ها 38
(5-3-1)دیود اسنوبرکلید 1: 40
(5-3-2)خازن اسنوبر کلید 1 40
(5-3-3) محاسبه مقاومت اسنوبرکلید 1 40
(5-3-4) دیود اسنوبرکلید 2: 40
(5-3-5) خازن اسنوبر کلید2 40
(5-3-6) محاسبه مقاومت اسنوبرکلید 1 41
(5-4) راندمان مدار 41
(5-5) مدار حفاظت 41
(5-5-1) محافظت جریان ورودی 41
(5-5-2) محافظت ولتاژ خروجی 42
فصل ششم 43
نتایج شبیه سازی 43
(1-6) در حالت ایده آل 44
(6-2) شبیه سازی مدار ایده آل است و بااستفاده از مدار اسنوبر 46
(6-3) شبیه سازی با عناصر غیر ایده آل: 48
فصل هفتم 50
طراحی مدار شماتیک و PCB 50
(7-1) مدار شماتیک 51
(7-2) محاسبه توان ترک ها 55
فصل هشتم 57
مراجع 57

فهرست جداول

22
جدول(1) پارامترهای محاسبه شده مدار

29
جدول (4-1) مشخصات هسته PQ40/40

29
جدول (4-2) مشخصات ابعادی هسته PQ40/40

30
جدول(4-3) AWG

32
جدول (4-5) مشخصات هسته EFD

32
جدول (4-6) مشخصات ابعادی هسته EFD

37
جدول(5-1) مقاومت های حرارتی کلید

39
جدول(5-2) مشخصات مقاومتی دیود

فهرست شکل ها

شکل (1-1) ، مدار مبدل CW‌کلاسیک با سه طبقه ضرب کننده

15
شکل(1-2) مدارهدایتی CW سه طبقه برای زمانی کهi_cw≥0 a) حالت اول b)حالت دوم c) حالت سوم d) حالت چهارم

16
شکل (1-3) مدار ارائه شده

17
شکل(2-1) مدار ارئه شده

21
شکل(4-1)هستهPQ

30
شکل (4-2) هسته EFD

33
شکل (5-1) مدار حرارتی کلید معادل

37
شکل (5-2) نمودار تلفات دیود بر حسب جریان هدایتی آن

38
شکل (5-3) مدار معادل تلفات هدایتی دیود ها

39
شکل(5-4) مدار حفاظتی crowbar

42
شکل(6-1) شبیه سازی مدار ایده آل بدون استفاده از اسنوبر

44
شکل (6-2) ، نمودار های مربوط به مدار ارائه شده در حالت ایده آل و بدون استفاده از اسنوبرa) جریان خروجیb) ولتاژ خروجی که با مقدار مرجع 140v مقایسه شدهc)I_cw که به مدار CW تزریق شدهd)جریان ورودیe) جریان L2 است که در حال شارژ و دشارژ است

45
شکل(6-3) مدار ارائه شده در حالت ایده آل و با استفاده از اسنوبر

46
شکل (6-4)، نمودار های مربوط بهa) جریان خروجیb) ولتاژ خروجی که با مقدار مرجع 140v مقایسه شدهc)I_cw که به مدار CW تزریق شدهd) جریان ورودیe) جریان L2 است که در حال شارژ و دشارژ است

47
شکل (6-5) مدار ارائه شده با در نظر گرفتن المان های پارازیتی

48
شکل (6-6) ، نمودار های مربوط بهa) جریان خروجیb) ولتاژ خروجی که با مقدار مرجع 140v مقایسه شدهc)I_CW که به مدار CW تزریق شدهd) جریان ورودیe) جریان L_2است که در حال شارژ و دشارژ است .

49
شکل(7-1) شماتیک مدار در نرم افزار آلتیوم

51
شکل(7-2) مدار استفاده شده از TL494 برای تولید پالس کلید ها

52
شکل (7-3) مدار داخلی آی سیTL494

53
شکل (7-4) مدار PCB

54
شکل(7-5) نمای یک track‌ از PCB

55

علائم اختصاری

مدار ضرب کننده ولتاژ
CW
ولتاژ ورودی
V_s
جریان ورودی مدار ضرب کننده
I_sw
ولتاژ خازن x مدار ضرب کننده
V_cx
سلف شماره x
L_x
دیوتی سایکل
D
زمان دوره تناوب
T
کلید x
S_x
ولتاژ سلف x
V_Lx
جریان سلفx
i_Lx
جریان خازن x
i_Cx
ولتاژ خروجی
V_o
تعداد طبقات مدار ضرب کننده ولتاژ
n
توان خروجی
P_out
توان ورودی
P_in
ریپل جریان
∆I
جریان dc
I_DC
جریان DC ورودی
I_(〖DC〗_in )
مقاومت بار
R_L
ولتاژ کلیدx
V_swx
جریان کلیدx
i_swx
سلف پارازیتی سری
SEL
مقاومت پارازیتی سری
SER
ولتاژ موثر
V_RRM
جریان هدایتی
I_F
ولتاژ هدایتی
V_f
مقاومت خروجی گیت درایو
R_out
ولتاژ گیت –درین درایو
V_GD
ولتاژ گیت-سورس درایو
V_GS
Total Gate Charge
Q_g
مقاومت بین گیت درایو و کلید
R_G
ولتاژ ورودی گیت درایو
I_ing
جریان پیک
I_PK
ریپل جریان
∆I
چگالی جریان
J
جریان موثر
I_RMS
سطح مقطع سیم
A_W
تعداد دور
N
ضریب پر شدگی پنجره هسته
K_u
پنجره هسته
W_a
فاصله هوایی
l_g
Fringing effect
F
سطح مقطع هسته که شار از آن عبور می کند
A_c
Core geometry
K_g
ضریب رگولاسیون
α
تلفات مسی
P_cu
تلفات آهنی
P_fe
مجموع تلفات آهنی و مسی
P_⅀
چگالی شار اشباع مغناطیسی
B_m
دمای پیوند نیمه هادی
T_j
تعداد دور با در نظر گرفتنF
N_n
دمای افزایش یافته
T_r
چگالی شار اشباع مغناطیسی ماکزیمم
B_pk
تلفات کلیدx
P_swx
زمان روشن شدن کلید
t_on
زمان خاموش شدن کلید
t_off
مقاومت درین-سورس کلید
R_DS
تلفات هدایتی کلید
P_f
مجموع تلفات هدایتی وکلیدزنی کلید
P_totx
بیشترین دمای عملکرد صحیح
θ_max
مقاومت حرارتی بین junction و case
R_jc
مقاومت حرارتی بین sink و case
R_sc
مقاومت حرارتی بین channel و case
R_cs
مقاومت حرارتی بین junction و هوا
R_(thj-a)
جریان هدایتی دیود
I_F(AV)
توان هدایتی دیودx
P_Dx
توان مقاومت x
P_Rx
مقاومت ویژه مس
ρ

فصل اول

مقدمه

(1-1)مبدل ضرب کننده ولتاژ(Cockroft-Walton)
ضرب کننده ولتاژ CW کلاسیک، معمولا به منظور افزایش ولتاژ AC مورد استفاده قرار می گیرند. همان گونه که در شکل (1-1) مشاهده می شود، هر طبقه از این مبدل شامل دو دیود و دو خازن می باشد. اگر n طبقه مشابه طبقه اول به صورت آبشاری پشت سر هم قرار گرفته شوند، یک ضرب کننده n طبقه برای ولتاژ ورودی به دست می آید. لذا اگر ولتاژ ورودی V_s باشد، ولتاژ خروجی nV_s خواهد شد.

شکل (1-1) ، مدار مبدل CW‌کلاسیک با سه طبقه ضرب کننده

(1-2)اصول عملکرد CW
در ابتدا فرض می شود در نیم سیکل مثبت، ولتاژV_s به ضرب کننده اعمال می شود. لذا جریان I_cw مثبت بوده و دیود های زوج، به ترتیب شماره و از بزرگ به کوچک هدایت می کنند.
حالت اول: دیود ششم روشن می شود . جریان ورودی به CWمثبت بوده(〖 I〗_(cw0)) و از طریق خازن های اول ، سوم ،پنجم، ششم، چهارم و دوم مسیر شار خود را می بندند. در این قسمت خازن های فرد دشارژ شده و خازن های زوج شارژ می گردند.این عمل تا جایی صورت می پذیرد تا ولتاژ خازن های پنجم و ششم برابر شوند. سپس دیود ششم خاموش می شود و دیود چهارم روشن می گردد. در این مرحله، خازن های زوج همگی با هم جریان بار را تامین می کنند. در این قسمت V_c3V_c4 و V_c5V_c6 می شود.شکل(1-2-a)
حالت دوم: دیود چهارم روشن می شود. مسیر شارش جریان(I_cw0) از طریق خازن های اول،سوم ، چهارم و دوم خواهد بود. در این قسمت نیز خازن های اول و سوم دشارژ شده و خازن های دوم و چهارم شارژ می گردند. این عمل تا جایی صورت می پذیرد تا ولتاژ خازن های سوم و چهارم برابر شوند. سپس دیود چهارم خاموش می شود و دیود دوم روشن می شود. در این مرحله ، خازن شماره شش به تنهایی جریان بار را تامین می کند. در این بازه زمانی V_c3V_c4 وV_c6V_c5 می باشد.شکل(1-2-b)
حالت سوم: دیود دوم روشن می شود. جریان(I_cw0) در خازن های اول و دوم جاری می شود. در این قسمت خازن اول دشارژ می شود و خازن دوم شارژ می گردد. پس از اتمام این مرحله دیود دوم خاموش می شود و دیود پنجم روشن می گردد. در این مرحله ، خازن های شماره شش و چهار ، جریان بار را تامین می کنند.و در مدت زمان هدایت دیود دوم V_c6V_c5 و V_c4V_c3 می باشد. شکل(1-2-c)
حالت چهارم: در این مدت (I_cw=0) هیچ کدام از دیودها هدایت نمی کنند و خازن های C_2،C_4 وC_6 جریان بار را تامین می کنند. شکل (1-2-d)
تحلیل نیم سیکل منفی نیز ، مشابه نیم سیکل مثبت صورت می گیرد.

a b

c d

شکل(1-2) مدارهدایتی CW سه طبقه برای زمانی کهi_cw≥0 a) حالت اول b) حالت دوم c) حالت سوم d) حالت چهارم

عیب مدار CW در این است که جریانی که به طبقه ها وارد می شود باید متناوب باشد و برای مدارهایی که ولتاژ ورودی آنها DC است به کار نمی آید و همچنین برای اینکه سطح ولتاژ را افزایش دهیم باید از یک مبدل بوست همراه مدار CW‌ استفاده کنیم. انواع روش های گوناگونی برای اینکه سطح ولتاژ DC را متغییر کنند برای ورودی مدار CW ارائه شده است. مداری که آقای Chung-Ming Young [2] ارائه داده است از یک مبدل بوست همراه با چهار کلید استفاده کرده است که دو تا از کلید ها با فرکانس پایین و دو کلید دیگر با فرکانس های بالا سوئیچ می شوند .عیب این مدار در این است که تعداد کلید ها زیاد است و تلفات سوئیچ زنی زیاد می شود و هم چنین هماهنگ کردن این کلیدها در عمل و ساخت مدار نیز پیچیده می کند.
(1-3)مدار ارائه شده
مدار از دو سلف و دو سوئیچ تشکیل شده که برای افزایش ولتاژ خروجی همان طور که قبلا هم اشاره شد از مدارCW استفاده شده است شکل (1-3) . حسن این مدار در این است که تعداد کلید ها کم است و تلفات سوئیچ زنی را پایین می آورد و همچنین پیاده سازی این مبدل در عمل نیز راحت است.

شکل (1-3) مدار ارائه شده

فصل دوم

مراحل طراحی

(2-1) تحلیل مدارارائه شده:
عملکرد مدار به این شکل است که از دو سوئیچ که به صورت not هم در مدار قرار دارند استفاده شده است که ولتاژ DC ورودی را به صورت پالس هایی با فرکانس بالا به مدار CW تزریق کند. شکل (1-3) ابتدا سوئیچ S_1 روشن است و S_2 خاموش است و جریان از سر مثبت سلف L_1 عبور می کند و سلف L_1

پایان نامه
Previous Entries منابع پایان نامه ارشد درباره شبیه‌سازی، شبیه سازی Next Entries منابع و ماخذ تحقیق دشارژ، S_2، L_1، L_2