روش های کاربردی افزایش راندمان مبدل های الکترونیک قدرت

متن سوال :

پرسشگر( بینندگان کانال ایران پاور) :

سلام.ببخشید یه سوال چجور میشه راندمان یک مبدل رو بهبود داد ؟یعنی چه راهکارهای است؟ سوال ام اینه الان به عنوان مثال من یک مبدل طراحی کردم حالا برای بهبود راندمان مبدل چه نکات و ترفندهای باید استفاده کنم؟
برای سلف و خازن و دیود و ماسفت

پاسخ ما :

روش های مختلفی هست برای افزایش راندمان مبدل الکترونیک قدرت (dcبه dc و یا dc به ac ها)

🔴تلفات ماسفت »

تلفات حالت هدایتی ماسفت RI^2 هستش هنگامی که کاملا روشن هستش.برای کاهش این تلفات شما ماسفتی با حداقل (Rds(on یا مقاومت درین سورس حداقلی پیدا کنین.در مورد تلفات دیگه ی سوئیچ که تلفات سوئیچ زنی هستش اگر میتونین مدار سوئیچ زنی نرم طراحی کنین برای سوئیچتون تا تلفات سوئیچ زنیش رو هم به حداقل برسونین

🔴تلفات دیود :

دیودها افت ولتاژ مستقیمشون چیزی حدود 0.7 ولت هستش. (p=vi)استفاده از شاتکی دیودها میتونن تلفات رو کاهش بدن .
تو مبدل های dc به dc دیودها معمولا برای ایجاد مسیرهای جریان مورد استفاده قرار میگیرن .این دیودهارو اصطلاحا دیود فری ول(freewheeling) بهش میگن.

به عبارت ساده تر دیودهای فری ول هنگامی تو مبدل اضافه میشن تا جریان سلف موجود در مبدل دلخواه ما بتونه برگرده وقتی سوئیچمون خاموش میشه و جریان مسیری برای بازگشت داشته باشه.

دیودهای فری ول میشه گفت یک منبع تلفات هستن.خصوصا وقت که افت ولتاژشون بخش قابل توجهی از ولتاژ خروجی بشه.یعنی برای کاربردهای ولتاژ پایین و جریان بالا در خروجی.دیود فری ول میتونه با سوئیچ های ماسفت جایگزین بشه برای بهبود راندمان.

⚪️تلفات سلف ها :

سلف ها همونطور که میدونین تلفات سیم پیچی(مسی) و هسته دارند.تلفات هسته شامل تلفات جریان گردابی و هیسترزیس و تلفات سیم پیچی شامل تلفات ac و dc میشه .

تلفات هیسترزیس متناسب هست با f*Bm^2 و تلفات جریان گردابی متناسب هست با f^2*Bm^2 (که f فرکانس و Bm چگالی شار حداکثره).محاسبه تلفات ac سیم پیچی کار ساده ای نیست بخاطر اثر پوستی و معمولا از روش المان محدود استفاده میشه واسش.و بخش dc هم به سادگی از طریق فرمول Rdc*iarms^2 قابل محاسبه هست.

برای اطلاعات بیشتر از نحوه محاسبات این بخش میتونین به استاندارد IEC60205 هم مراجعه کنین.در ادامه تصویری ارائه میکنیم از تلفات هسته بر حسب فرکانس و چگالی شار حداکثر

نمودار تلفات هسته در سلف بر حسب فرکانس و چگالی شار حداکثر

تلفات خازن :

خازن ها یک مقاومت سری معادل دارن و شاید بشه گفت تلفات I2R اون ها خیلی منبعی برای تلفات نباشه.اما انتخاب خازن با ESR ریپل خروجی رو میتونه کم کنه و طول عمرشون رو بیشتر.خازن های آلومینیوم پلیمری ESR کمتری دارن و طول عمرشون بیشتره از خازن های آلومینیوم الکترولیتی ای که به طور مرسوم استفاده میشه به عنوان یک فیلتر خازنی در مبدل های DC به DC

🔵PCB :

تو مبدل ها خصوصا مبدل های DC به DC ،پی سی بی نقش مهمی رو داره.مسیرهای مسی مقاومت دارند و بر طبق همون فرمول I2R مقداری توان رو تلف میکنن.مسیرهای با پهنای بلند رو برای حلقه های جریانی بالا استفاده کنین تا مقاومت رو کاهش بدن.همچنین حلقه های جریان بالا رو کاهش بدین.همچنین توصیه میشه حلقه های فرکانس بالا رو کوچک تر کنین تا عملکرد بهینه تر باشه.

🔵فرکانس سوئیچ زنی:

طراحی مناسب یک مبدل طراحی ای هست که فرکانس سوئیچ زنی بهینه انتخاب بشه.اگرچه فرکانس سوئیچ زنی به هر میزان که اضافه میشه میتونه سایز سلف ها و خازن های مدار رو کوچک تر کنه اما مکانیزم های بسیاری هستند که با افزایش فرکانس باعث افزایش تلفات میشن.