(۳-۲)
قسمت چپ از معادله بالا صفر می‌شود. در نتیجه (۳-۲) می‌تواند نوشته شود:
(۳-۳)
به طور متناوب سطح زیر شکل موج VL(t) در یک دوره کلیدزنی باید صفر باشد. سطح زیر منحنی VL(t) در زیر داده می‌شود:
(۳-۴)
مقدار میانگین از ولتاژ القاگر در زیر داده می‌شود:
(۳-۵)
به وسیله معادله () و استفاده از رابطه d+ برای Vout نتیجه می‌دهد.

( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

(۳-۶) =D.
۳-۱-۳ تعادل شارژ خازن
شبیه به تعادل ولتاژدوم القاگر، معادله تعریفی برای خازن می‌شود:
(۳-۷)
انتگرال روی یک دوره کلید‌زنی کامل در ادامه مشخص می شود:
(۳-۸)
در حالت ماندگار، تغییر روی یک دوره کلید‌زنی از ولتاژ خازن باید صفر شود. در نتیجه قسمت چپ از معادله بالا صفر می‌شود. به صورت معادل نتیجه می‌شود که مقدار میانگین از عنصر DC از خازن باید در تعادل صفر باشد.
(۳-۹)
بنابراین اصل تعادل شارژ خازن می‌تواند برای یافتن جریان‌های حالت ماندگار در یک مبدل کلید‌زنی استفاده شود.
۳-۲ مبدل بوست
مبدل بوست قادر به تولید یک ولتاژ خروجی dc بزرگتر از اندازه ولتاژ ورودی dc می‌باشد. شکل مدار برای یک مبدل بوست در شکل ۳-۳ نشان داده می شود.
شکل ۳-۳ مبدل بوست
(کاسات،۲۰۰۴)
هنگامی که ترانزیستور در القاگر L روشن می‌شود به طور خطی زیاد می شود و در این زمان خازن C جریان بار را فراهم می‌کند و آن به طور جزئی تخلیه می‌شود. در طول وقفه دوم هنگامی که ترانزیستور خاموش می‌شود، دیود روشن می‌شود و القاگر L بر ایجاد بار اثر می‌کند و اضافه بر آن خازن C دوباره شارژ می‌شود. جریان القاگر حالت ماندگار و شکل موج ولتاژ در شکل ۳-۴ نشان داده می‌شوند.
شکل ۳-۴: ولتاژ القاگر حالت ماندگار و شکل موج جریان مبدل بوست
(کاسات،۲۰۰۴)
با بهره گرفتن از اصل تعادل ولتاژ القاگر برای رسیدن ولتاژ خروجی به حالت ماندگار معادله نتیجه می‌دهد:
(۳-۱۰)
(۳-۱۱)
چون ولتاژ خروجی مبدل بزرگتر از ولتاژ ورودی می‌شود، جریان ورودی که همچنین جریان القاگر می‌باشد بزرگتر از جریان خروجی می‌شود. دراثر عبور جریان القاگر از نیمه‌هادی‌های و ، مقاومت سیم پیچ القاگر خیلی بزرگ می‌شود و در نتیجه عنصر غیر ایده‌آل که ممکن است منجر به تلفات توان بزرگ شود حاصل می‌شود به صورتی که سیکل‌کاری نزدیک یک می‌شود، جریان القاگر خیلی بزرگ می‌شود.
این عنصر غیر ایده‌آل منجر به تلفات توان بزرگ می‌شود. در نتیجه، کارآیی مبدل بوست به سرعت در سیکل‌کاری بالا کاهش می‌یابد. (کاسات^[۲۳]، ۲۰۰۴)
۳-۳ شبیه‌سازی مبدل بوست و مبدل باک
بعد از این که به ارائه مدلی از مبدل‌های باک و مبدل‌های بوست پرداخته شد، نوبت به شبیه‌سازی می‌رسد. در بعضی کاربردها و در بعضی روش ها ،شبیه‌سازی این مبدل‌ها نقش مهمی دارد و نیاز به انجام است تا صحت و درستی نتایج تئوری تصدیق شود و در عین حال این کاربردها خصوصاً در صنعت نقش مهمی دارد. در فصل بعدی این موارد شبیه‌سازی به انجام می‌رسد و نتایج آن ارائه می‌شود.
این کاربردها در زمینه‌هایی مثل سلول‌های خورشیدی و پیل سوختی و غیره می‌باشد و باروش‌هایی نظیر کنترل مدلغزشی انجام می‌شود. در این جا توضیحاتی در مورد شبیه‌سازی داده می‌شود و کار کامل شبیه‌سازی در فصل بعدی انجام می‌شود. در زمینه شبیه‌سازی از مبدل بوست برای کاربردهای سلول خورشیدی می‌توان گفت که: خورشید یکی از منابع انرژی تجدیدپذیر است که مداوم و آزاد در مقایسه با دیگر انرژی جایگزین می‌شود. ولتاژ از سیستم خورشیدی می‌تواند یک ماکزیمم ولتاژ بالا تا ۱۶ ولت در طول روشنی روز تولید کند و آن به طور کافی مناسب سیستم مبدل بوست dc-dc برای باتری‌های شارژ با توجه به رفتار یک مبدل بوست dc-dc می‌باشد. اصل عملکرد از مبدل بوست ،کار کردن در حالت هدایت پیوسته (CCM) می باشد. بخش پیوسته از مبدل بوست به وسیله معادلات دیفرانسیل و مدل‌های فضای حالت مدل می‌شود .مدل مدار برای سیستم حلقه باز به راحتی به وسیله شبیه‌سازی اجرا می‌شود. (حسنا و همکاران، ۲۰۱۲) اما در مورد شبیه‌سازی از مبدل بوست dc-dc با لایه میانی برای سیستم‌های پیل سوختی می‌توان گفت: به منظور بهبود کارآیی مبدل پیشنهادی یک مبدل بوست با لایه میانی دو فاز با سلول‌های کلید‌زنی نرم استفاده می‌شود. همه دستگاه‌های کلید‌زنی در مبدل پیشنهادی ZVS و ZCS را انجام می‌دهند. مبدل یک مشخصه کارآیی بالا باتلفات کلید‌زنی کم دارد. آن مزیت هر دو حالت لایه میانی و شرایط کلیدزنی نرم را دارد.در این نوع مبدل، انتخاب تعداد فازها و القاگرها و خازن خروجی و کلیدهای قدرت و دیودهای خروجی انجام می شود. هر دو القاگرها و دیودها باید در همه کانال‌ها از یک لایه میانی یکسان باشند.
به منظور انتخاب این عناصر ضروری است که ردیف سیکل‌کاری و جریان‌های پیک شناخته شوند. چون توان خروجی از میان n مسیر توان هدایت می‌شود، n تعداد فازها و یک نقطه آغاز خوب برای عناصر مسیر توان با بهره گرفتن از دفعات توان خروجی می‌باشد. (سیژای و همکاران^[۲۴]، ۲۰۱۲)
همچنین در مورد شبیه‌سازی از مبدل باک با کنترل مد لغزشی می‌توان گفت:در حال حاضر مبدل‌های الکترونیک قدرت زیاد در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند. مدل‌های ریاضی از این مبدل‌ها برای مهندسان برای مطالعه رفتار دینامیک سیستم خیلی مهم هستند.اما مدل‌های مبدل قدرت به طور نرمال به وسیله کلیدزنی، تغییر پذیر با زمان هستند.
تحلیل از سیستم با مدل‌های تغییر پذیر با زمان، خیلی پیچیده می‌شود. علاوه بر این چنین مدلی ،زمان شبیه‌سازی بزرگ به علت دستگاه‌های کلید‌زنی ایجاد می‌کند. از این رو تعدادی تکنیک برای حذف رفتار کلید‌زنی مبدل برای ارائه مدل مناسب تغییرناپذیر با زمان که برای تحلیل سیستم استفاده می‌شود،وجود دارد. علاوه بر این، این مدل نیاز به زمان محاسبه‌ای سریعتر دارد. در این جا روش میانگین فضای حالت عمومی (GSSA) برای تحلیل مبدل باک که این روش برای تحلیل مبدل dc/dc مهم است، انتخاب می‌شود.
علاوه بر این، کنترل مد لغزشی (SMC) برای تنظیم ولتاژ خروجی سیستم به کار می‌رود.این به علت این که SMC می‌تواند یک جواب دینامیکی خوب و اجرای ساده فراهم کند، می‌باشد. مدل‌های میانگین از مبدل‌های قدرت می‌تواند برای مطالعات از رفتار دینامیک از سیستم قدرت پیچیده‌استفاده شود. نتایج نشان می دهد که شبیه‌سازی ها با بهره گرفتن از مدل پیشنهادی، زمان اجرا را کاهش می‌دهد.
مدل پیشنهادی مناسب برای کنترل کننده بهینه از طریق تکنیک‌های هوش مصنوعی در چیزی که محاسبات تکراری نیازمند جستجوی بهترین راه حل می‌باشند، می‌باشد.(چونستید جامرون و همکارن، ۲۰۱۱) همچنین در زمینه شبیه‌سازی از مبدل باک با لایه میانی می‌توان گفت که: یک مبدل کلید‌زنی یک سیستم الکترونیک قدرت است که یک سطح ولتاژ ورودی را به دیگر برای یک بار داده شده به وسیله یک عمل کلیدزنی از دستگاه های نیمه هادی تغییر می‌دهد. یک مبدل dc-dc پر بازده توان بالا ،خیلی خوب است. مثال‌های این مبدل، شامل وسایل زیر دریا و وسایل الکتریکی هیبرید (HEV) و وسایل الکترونیک قابل حمل مثل پیجر و تنظیم ولتاژ میکروپروسسور می‌باشند.
در سیستم‌های الکتریکی ولتاژ دوتایی، مبدل dc به dc مورد نیاز برای کم کردن ولتاژ بالا برای دستگاه‌های توان کم مثل لامپ‌ها و موتورهای الکتریکی کوچک و واحدهای کنترل می‌باشد. هدف از معماری V14/V42 کاهش دادن قیمت و وزن و فضای بسته‌بندی ایجاد شده به وسیله باتری ذخیره ساز انرژی ۱۲ ولت اضافه می‌باشد. برای کاربرد خودمحرکی جایی که حجم و وزن و قیمت به ویژه مهم هستند، انتخاب ترجیح داده شده معماری باتری V14/V42 با ساختار سیستم متمرکز شده می‌باشد.خارج کردن از باتری ۱۲ ولت ،دینامیک‌ از عملکرد مبدل قدرت را عوض نمی‌کندولی توان مبدل باید توان مورد نیاز از همه بارهای توان V14 (تقریباً یک کیلو وات) را بپوشاند.
علاوه بر این، وضعیت مبدل dc/dc غیر ایزوله، بهترین معماری مناسب به علت جداسازی بین باس‌های ۱۴ ولت و ۴۲ ولت دارد که مورد نیاز در توان خالص خودمحرکی نمی‌باشد و مزیت روی انواع ترانس ایزوله در ساختار، مدار آسان برای طراحی، حجم کم و وزن و قیمت دارد. مطالعات تحقیقی آکادمیک از تحلیل و مدلسازی و شبیه‌سازی از مبدل‌های dc/dc V14/V42 پیشرفت در دیسیپلین‌های گوناگون و دربردارنده گرما و تحلیل مکانیکی و الکتریکی ایجاد می‌کند. باگرفتن یک گام بیشتر در این مسیر، یک مدل بر اساس مبدل باک dc به dc شش فاز با لایه میانی یک کیلووات برای کار کردن در حالت هدایت ناپیوسته (DCM) کنترل شده به وسیله مدولاسیون پهنای پالس حالت ولتاژ کنترل شده با PID (مشتق انتگرال تناسبی) ارائه می‌شود. اثرات سیستم مبدل کاهشی با لایه میانی به وسیله نتایج شبیه‌سازی اثبات می‌شود. (شرود و همکاران، ۲۰۱۰)
فصل چهارم
مدلسازی دینامیکی و الگوریتم و شبیه‌سازی از مبدل باک و مبدل بوست
۴-۱ مدلسازی دینامیکی از مبدل بوستdc – dc برای کاربردهای سیستم انرژی خورشیدی
همان طور که در فصل قبلی گفته شد در مبدل بوست این رابطه برقرار است:
(۴-۱)
در این مورد، D= می‌باشد. در طول زمان روشنی، کلید بسته می‌باشد و مدار در شکل ۴-۲ (a)نشان داده می شود. به وسیله به کار بردن قانون ولتاژ کیرشهف روی حلقه شامل القاگرنتیجه می شود:
(۴-۲)
با قانون جریان کیرشهف روی گره با شاخه خازن متصل به آن نتیجه می شود:
(۴-۳)
در حالت خاموشی در این مورد، کلید خاموش می‌شود و دیود روشن می‌شود. مدار در شکل ۴-۲ (b) نشان داده می شود.
به وسیله به کار بردن همان روش به صورتی که در حالت روشن بود، معادلات حالت خاموشی می‌تواند به دست آید. جریان القاگر به وسیله il که V ولتاژ خازن خروجی است، مشخص می‌شود.
(۴-۴)
(۴-۵)
شکل ۴-۱ مبدل بوست dc-dc (حسنا و همکاران، ۲۰۱۲)