بنابراین در حالت هدایت پیوسته مبدل باک معادل یک ترانسفورمر dc است که در آن با کنترل نسبت بازدهی سوئیچ می توان نسبت دورهای ترانسفورمر معادل را به شکل پیوسته و الکترونیکی در بازه 0 تا 1 کنترل نمود.
مشاهده می‌شود که جریان متوسط ورودی id از روابط ترانسفورمر پیروی می‌کند اما شکل موج جریان لحظه‌ای در هر بار قطع شدن سوئیچ از مقدار پیک به صفر می‌رسد. برای رفع اثرات ناخواسته هارمونیک جریان ممکن است لازم باشد از یک فیلتر مناسب در ورودی استفاده کنیم .
2-3- ریپل ولتاژ خروجی مبدل باک
در تحلیل‌های قبل فرض بر این بود که خازن خروجی به قدری بزرگ است که VO(t)=VO اما با در نظر گرفتن شکل (2-4) برای حالت هدایت پیوسته می‌توان ریپل ولتاژ خروجی را برای مقادیر واقعی خازن‌ها محاسبه نمود. با فرض اینکه تمامی مولفه‌‌های ریپل در iL از خازن عبور کرده و مولفه متوسط آن از مقاومت بار عبور می‌کند. ناحیه هاشور خورده شکل(2-4) نشان دهنده بار اضافی Q? خواهد بود. بنابراین ریپل ولتاژ پیک تا پیک VO? را می‌توان به شکل زیر نوشت]14[:
(2-15)
و داریم:
(2-16)
شکل(2- 4) ولتاژهای خروجی برای حالت هدایت پیوسته ]14[
با توجه به شکل(2-3-a) در زمان toff داریم:
(2-17)
بنابراین با جای گذاری iL? از رابطه بالا در رابطه قبلی داریم:
(2-18)
که در آن فرکانس سوئیچینگ:
(2-19)
داریم:
(2-20)
رابطه بالا نشان می‌دهد که ریپل ولتاژ را می‌‌توان با انتخاب فرکانس گوشه‌ای fc در فیلتر پایین گذر خروجی به شکل fc fs به حداقل مقدار خود رساند.
همچنین تا زمانی که مبدل در حالت هدایت پیوسته کار می‌کند ریپل مستقل از توان باز خروجی است.
لازم به ذکر است که در منابع تغذیه سوئیچی dc درصد ریپل در ولتاژخروجی همواره کمتر از مقداری خاص (مثلا 1%) قرار می‌گیرد.بنابراین تحلیل بخش قبل با فرض VO(t)=Vo تحلیل معتبری است.
2-4- مزایا مبدل باک:
مبدل باک دارای مزایایی به قرار زیر خواهد بود]14[:
1- طراحی مدارات بسیار ساده صورت می‌گیرد
2- قابلیت تحمل بار زیاد
3- تولید نویز ناچیز و نویزپذیری بسیار اندک
4- در کاربردهای توان پایین ارزانتر می‌باشند
5- زمان پاسخ‌دهی بالایی را دارند
2-5- معایب مبدل باک:
مبدل باک علاوه بر مزایایی که نامبرده شد دارای معایبی بصورت زیر نیز می باشد]14[:
1- به منظور تثبیت ولتاژ خروجی لازم است که ولتاژ ورودی 1 تا 2 ولت بیشتتر از ولتاژ خروجی باشد.
2- زمانی که سوئیچ روشن می‌شود هنوز دیود روشن است که به آسیب دیدگی سوئیچ ودیود منجر می‌شود (لذا باید از یک دیود سریع با زمان بازیابی حداقل استفاده شود).
3- سوئیچهای قدرت هنگام سوختن اتصال کوتاه می‌شوند به همین دلیل خروجی را به بار وصل می‌کنند (راه‌حل آن حس کردن تغییرات سریع جریان بار و انتقال آن به یتک تریستتور متوازی است). علی‌رغم تمامی معایب و محدودیتهایی که ذکر شد در شرایط عادی این منابع توانایی تحویل بیش از100 وات توان به خروجی را دارند.
2-6- مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ:
1- وزن و حجم کمتری را نسبت به منابع تغذیه خطی دارند.
2- بالا بودن راندمان از 66 % تا 90%.
3- داشتن مقدار بیشتری سطح ولتاژ در خروجی.
4- بدلیل افزایش فرکانس کاری اجزای ذخیره کننده انرژی می‌توانند کوچکتر و درعین حال با کارایی بیشتری عمل کنند.
5- در توانهای بالا استفاده می‌شوند.
6- کنترل آسان خروجی با استفاده از قابلیتهای مدارات مجتمع.
2-7- معایب منابع تغذیه سوئیچینگ:
1- نیاز به فیلتر کردن خروجی و حذف نویزهای تولیدی.
2- ناپایداری ولتاژ.
3- حساسیت زیاد به امواج محیط به گونه‌ای که بعضاً در مقابل دیش‌های مخابراتی اصلاً عمل نمی‌کنند.
2-8- کنترل مبدل DC-DC باک:
در بسیاری از کاربردها ایجاد ولتاژ تثبیت شده از یک منبع ولتاژ متغیر مورد نیاز است. کنترل کننده‌های کلاسیک برای کنترل سیستم‌های خطی مورد استفاده قرار گرفته است. استفاده از این کنترل کننده‌ها در بعضی از سیستم‌های غیر خطی نیز قابل توجه است.
محک راث هورویتز و محک نایکوییست و دیاگرام بود و چارت نیکولز و روش مکان هندسی ریشه‌ها بعضی از روش‌های کنترل کلاسیک برای سنجش پایداری هستند. در طراحی پلانت غیرخطی و برای سنجش پایداری از روش‌های خطی سازی استفاده می‌گردد.
روش صفحه و فاز پایداری لیاپانوف روش پو-پووز و روشهایی همچون کنترل لغزشی و همچنین کنترل لغزشی با پارامترهای تطبیقی و فازی برای کنترل سیستم‌های غیر خطی در نظر گرفته شده است.
مبدل باک در صنعت و همچنین در پژوهش‌ها به صورت گسترده استفاده می‌شود. یکی از اصلی‌ترین محدودیت‌های این مبدل‌ها غیر قابل تنظیم بودن ولتاژ و جریان است. برای غلبه بر این مساله تکنیک‌های کنترل مختلفی در ترکیب این مبدل مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تکنیک‌ها عبارتند از کنترل مد لغزشی1، کنترل منطق فازی2، مد کنترل ولتاژ3، مد کنترل جریان4 که در این پایان‌نامه می‌خواهیم کنترل مد لغزشی مبدل باک را به تشریح توضیح دهیم.
مبدل باک یکی از مهم‌ترین مبدل‌های dc-dc است که به طور گسترده‌ای در الکترونیک قدرت مورد استفاده قرار می‌گیرد. مساله اصلی این است که منبع تغذیه در هنگام عملیات کاری در مبدل باک غیرقابل تنظیم است که منجر به عملکرد نامناسب مبدل می‌گردد.
روش‌های ذکر شده در بالا متدهای مختلف کنترل آنالوگ و دیجیتال مورد استفاده در مبدل باک می‌باشد که توسط صنعت و تکنولوژی اتخاذ شده در مبدل باک ورودی عمدتاً غیر قابل تنظیم می‌باشد ولی ولتاژ dc خروجی ضرورتاً و الزاماً می‌بایست یک ولتاژ ثابت و غیر قابل تغییر می‌باشد. جهت تغیرناپذیری در جریان بار و ولتاژ ورودی از تنظیم‌کننده ولتاژ استفاده می‌گردد. انواع مختلف تنظیم‌کننده‌های ولتاژ به همراه طرح‌های متنوع کنترل و بالا بردن بهره‌وری مبدل باک مورد استفاده قرار می‌گیرد. امروزه با توجه به پیشرفت علم الکترونیک قدرت و بهبود فن‌آوری شدیداً نیازمند به قابلیت اطمینان بالا و تنظیم دقیق تکنولوژی می‌باشد. این باعث شده تا نیاز بیشتری برای پیشرفته‌تر شدن و طراحی بهتر جهت افزایش قابلیت اعتماد برای مبدل باک وجود داشته باشد. انواع مبدل‌های dc-dc و از جمله مبدل باک نیازمند به انواع مختلف تکنولوژی‌های کنترلی می‌باشد زیرا یک تکنیک خاص نمی‌تواند تمام مشخصات مختلف یک مبدل را شناسایی کرده و عمل کند.
2-9- بهبود پاسخ حالت دائمی با طراحی کنترل کننده مد لغزشی:
دراین بخش ابتدا با بیان تئوری کنترل لغزشی مدلسازی و مدل فضای حالت برای مبدل باک، تعیین قانون کنترل و سطح لغزش و مساله کنترل لغزشی و پاسخ ولتاژ خروجی را به دست آورده، سپس به بررسی کاهش تلفات سوییچینگ می‌پردازیم.
2-10- توصیف مبدل:
نمای شماتیک مبدل باک در (شکل 2-5) نشان داده شده است مبدل از یک سوییچ اصلی سلف خروجی دیود و خازن خروجی تشکیل شده است. اجزای مبدل ایده‌ال در نظر گرفته شده‌اند. برای تحلیل مبدل جریان سلف و ولتاژ خازن به عنوان متغیرهای حالت انتخاب می‌گردند. ]12[
شکل (2-5) نمای شماتیک مبدل باک]12[
2-11- مدل‌سازی مبدل باک:
اگر رفتار مبدل در حالت CCM در نظر گرفته شود با توجه به شکل (2-6( در این حالت با نوشتن روابط ولتاژ و جریان کیرشه، برای حلقه‌های ورودی و خروجی مدل مبدل در فضای نامتقارن حالت بدست می‌آید.
شکل (2-6) مدلسازی مبدل در فضای حالت]12[
با در نظر گرفتن جریان سلف و ولتاژ خازن به عنوان متغیرهای حالت خواهیم داشت]12[:
(2-21)
که در آن Vref ولتاژ مرجع و Vo ولتاژ خروجی و ic جریان خازن می‌باشد. در نتیجه خواهیم داشت:
(2-22)
که به فرم ماتریسی داریم:
(2-23)
که در آن u یک ورودی ناپیوسته بین مقادیر 0 و 1 می‌باشد. در رابطه (2-23) خواهیم داشت:
(2-24)
مسیر فاز سیستم مطابق با زیر ساختار U=0,1 برای مقادیر متفاوت از وضعیت ابتدایی در شکل (2-7) نشان داده شده‌اند که به ما امکان ترسیم و انتخاب دینامیک سیستم را می‌دهد بنابراین خواهیم داشت:
(2-25)
که در آن بردار ضریب سطح لغزش است که برای مطابقت G در معادله (26-2) می‌باشد. ضریب C2 نیز برابر 1 در نظر گرفته می‌شود.
(2-26)
(2-27)
(2-28)
در نتیجه:
(2-29)
شکل (2-7) مسیرهای سیستم و خط لغزش یک مبدل باک در فضای صفحه فاز]12[
همانطور که در شکل (2-7) مشاهده می‌گردد نقطه A انتهای مسیرهای سیستم موقعی که سوئیچ مبدل روشن است را نشان می‌دهد.
در صورتی که نقطه B انتهای مسیرهای سیستم در حالتی که سوئیچ خاموش است را مشخص می‌کند با توجه به رابطه (2-21) می‌توان گفت در حالیکه می‌باشد با استفاده از روابط
(2-22) و (2-25) خواهیم داشت:
(2-30)
با انتخاب قانون کنترل به فرم ماتریسی خواهیم داشت:
(2-31)
این قانون کنترل به آسانی با توجه به شکل (2-7) قابل استخراج است در نتیجه می‌توان گفت:
(2-32)
2-12- مدل فضای حالت مبدل باک:
برای طراحی کنترلر برمبنای مد لغزشی ابتدا باید معادلات حالت را به فرم متعارفی داشته باشیم. در ]5[ معادلات حالت متعارفی مبدل باک آمده است شکل (2-8) شماتیک مداری یک کنترلر ولتاژ خروجی مبدل باک (در ناحیه کاری جریان پیوسته) را بر مبنای مد لغزشی نشان می‌دهد.
شکل (2-8) کنترل مبدل توسط مد لغزشی]12[
در این مبدل متغیرهای حالت به ترتیب خطای ولتاژ خروجی و دینامیک این خطا می‌باشند. بنابر شکل (2-8) می‌توان نوشت:
(2-33)
در این معادلات به ترتیب عبارتند از ولتاژ سنسور شده توسط تقسیم ولتاژ و ولتاژ مرجع و ولتاژ ورودی با مشتق گرفتن از معادله مربوط به خواهیم داشت:
(2-34)
پارامترU تعیین‌کننده وضعیت سوییچ می‌باشد، به گونه‌ای که متناسب با روشن‌بودن سوییچ و بالعکسمتناسب با وضعیتی است که سوییچ خاموش است.
2-13- کنترل مد لغزشی مبدل باک (sliding mode control):
کنترل مد لغزشی یکی از انواع کنترل‌های غیرخطی است. به همین جهت برای

مطلب مرتبط :   منبع پایان نامه ارشد دربارهچند متغیره، رگرسیون، بازدارندگی
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید