تکنولوژي کليدهای قدرت بالا با توجه به نوع کاربرد آن در منابع توان پالسي پلاسما و نسبت به تغيير و تحولات صورت گرفته در عرصه فناوري قطعات نيمه هادي الکترونیک قدرت، متفاوت و گوناگون هستند. تريستور IGBT,،ماسفت و … نمونه اي از کليدهاي قدرتي هستند که به عنوان کليدهاي نيمه هادي حالت جامد شناخته مي شوند. در منابع توان پالسي پلاسما براي داشتن dv/dt بالا، نیاز به کليد زني سريع (کليدزني آن حالت گذراي کوچکي داشته باشد) است و اين مشخصه ، نقش کليدي در شکل گيري توپولوژي منابع توان پالسي پلاسما دارد. درکلیدهای قدرت بالا مورد استفاده در سیستم های توان پالسی، بازه زماني کليد زني با حالت گذرا و روند جابجايي و انتقال سيگنال عبوري آن از نانو ثانيه تا ميکرو ثانيه است. کليدزني گذرا مستقيما برروي کارايي و قابليت اطمينان سيستم هاي توان پالسی تاثير مي گذارد و از هدايت الکتريکي ادوات نيمه رسانا سیستم جلوگيري مي کند. اکثر منابع توان پالسي مورد استفاده در پلاسما مشخصات مقاومتي – خازني دارند. بنابراين در توپولوژي پيشنهادي يک منبع جريان براي تامين بارها ضروري است. در اين فصل به بررسي توپولوژي هاي موجود و روش هاي کنترلي آن مي پردازيم :
1.2.2 توپولوژي مبتني بر مولد مارکس
معمولا ازکليدهاي گازی اسپارک گپ مغناطيسي در کليد زني منابع توان پالسی پلاسما مورد استفاده قرار مي گرفت اما اخيرا با توجه به استفاده گسترده از تکنولوژي حالت جامد در مولدهاي مارکس توان پالسي، عملکرد سيستم را از لحاظ راندمان و قابليت اطمينان بهبود بخشيده است. شکل (2-1) نمونه اي از مولد مارکس را در در حالت شارژ و دشارژ نشان داده است. براي آشنايي با کارايي اين توپولوژي در پلاسما به چند مورد از کاربردهاي آن با شرح توضيحات اشاره مي شود. از مولد مارکس در این توپولوژی مي توان به عنوان منبع تحريک در پلاسما استفاده کرد. مدار ارائه شده در اين حالت از دو مولد مارکس حالت جامد با اتصال موازي با استفاده از ترانزيستورهاي دوقطبي11 به عنوان کليد بسته استفاده می شود. در این توپولوژی زمان بازدهي ترانزيستورهاي دوقطبي در حالت شکست بهمنی به صورت سريع افزايش مي يابد. در اين طراحي با توجه به پلارتيه مثبت و منفي پالس ها به راحتي مي توان تغييراتي از جمله : افزايش مقدار بازدهي يا کاهش مقدار ولتاژ خروجي را داشته باشيم. در مطالعه ديگري، توپولوژي مبتنی بر مولد مارکس، شامل يک مدولاتور مارکس متشکل از IGBT هاي مجزا و مدار تشديد پالس مغناطيسي است که براي فشرده سازي پالس خروجي مارکس و کاهش تاثير نسبتا تدريجي فعاليت IGBT در مدولاتور مارکس است. استفاده از اين توپولوژي درسطح ولتاژي مختلف براي منابع توان پالسي پلاسما داراي شاخصه هاي کليدي است که به طور خلاصه مي توان به آن اشاره کرد: در ولتاژ 1.3 کيلوولت، استفاده از يک تقويت کننده ولتاژ بالا به همراه مولد مارکس متشکل ازکليدهاي ماسفت الزامي است. در ولتاژ 2000 ولت، نیاز به مولد مارکس 20 طبقه است که در هر طبقه آن شامل مجموعه ای از IGBT و ديود و خازن است.
فناوري مولدهاي مارکس را مي توان با جايگزين کردن کليدهاي حالت جامد مانند IGBT ها و مجموعه هاي ديود و خازن متصل به آن ، به جاي کليد هاي گازی اسپارک گپ در سیستم های توان پالسی پلاسما ارتقا بخشيد که در نتيجه سيستم هاي توان پالسي ارائه شده داراي ويژگي هايي از قبيل سادگي و فشردگي ابعاد، قابليت اطمينان بالا و عمر مفيد طولاني مي باشد. با توجه به مزاياي زياد استفاده از توپولوژي مبتنی بر مولد مارکس ، مي توان بسياري از کاربردهاي ولتاژ بالای پلاسما را به اين توپولوژي اختصاص داده شود]24[.
شکل (2-1) الف) نمونه اي از توپولوژی مبتنی بر مولد مارکس ،ب) حالت شارژ مولد ، ج) حالت دشارژ
2.2.2 توپولوژي مبتني بر مبدل هاي Dc – Dc
در ميان تمام توپولوژي هاي مورد استفاده در سیستم های توان پالسی پلاسما توسط ادوات الکترونيک قدرت، توپولوژی مبتنی بر مبدل هايdc-dc از اهميت ويژه اي برخوردار است. تغييرات سطح ولتاژی مناسب يکي از نيازهاي اساسي در بسياري از کاربردهاي منابع توان پالسي پلاسما مي باشد. براي بسياري از دستگاه ها و مدارات کنترلی سیستم توان پالسی پلاسما يك ترانسفورماتور که عهده دار تبديل ولتاژ سيستم مي باشد، مورد نياز است. استفاده از ترانسفورماتورها به همراه مبدل هاي dc-dc را مي توان به عنوان يک روش عملي و موثر برای افزایش قابلیت اطمینان و راندمان سیستم های توان پالسی پلاسما ارائه کرد. حالت های کليد زني منابع توان پالسي12 به عنوان يک روش کاربردی براي بارهاي غير خطي پلاسما شناخته شده است. از مبدل هاي dc-dc نیز مي توان به عنوان رگولاتور در حالت کليدزني منابع توان پالسی استفاده کرد تا يک ولتاژ dc که معمولا به صورت تنظيم نشده است را به يک ولتاژ خروجيdc تنظيم شده تبديل کند. عمل رگولاتوری درحالت کليدزني، توسط فناوری مدولاسيون پهنای پالس(PWM) در يک فرکانس ثابت انجام مي شود و المان های کليدزني معمولا يک ترانزيستور دو قطبي يا ماسفت است. حالت کلیدزنی گذرا، اثرات زيان باري بر کيفيت توان و راندمان منابع توان پالسي دارد. براي سنجش کيفيت توان منابع توان پالسي که به يک شبکه توزيع شده پلاسما متصل است بايد هارمونيک تزريقي جريان و توان راکتيو سيستم را درنظر گرفت. براي افزايش کيفيت توان و کاهش اثرات هارمونيک های جریان سیستم توان پالسی، مي توان از تنظيم کننده هاي ضريب قدرت13 در انواع مختلف (اکتیو و راکتیو) استفاده نمود.
توپولوژي مبتني بر مبدل هايdc-dc در منابع توان پالسی پلاسما، شامل مبدل هاي: باک14، بوست15، باک- بوست16 و کاک 17 است که مي تواند به صورت تک کاناله يا چند کاناله مورد استفاده قرار گيرد]25[. مشخصات اين مبدل ها به صورت خلاصه به شرح ذيل مي باشد:
1.2.2.2 مبدل باک
در يک مبدل باک، ولتاژ خروجي کمتر از ولتاژ ورودي است. شکل(2-2) مدار معادل آن را نشان مي دهد. عمل مداری مبدل باک در دو مرحله کليدزني طراحي و بررسي مي شود.

سایت ما حاوی پایان نامه های زیادی است – می توانید جستجو کنید :

شکل(2-2)مبدل باک
مرحله اول: هنگامي آغاز مي شود که ترانزيستور SW در t=0 وصل مي شود. جريان ورودي که در حال افزايش است از داخل سلف (L) و خازن(C) و مقاومت بار (R) به جريان مي افتد.
مرحله دوم: هنگامي آغاز مي شود که ترانزيستور SW در t=t1 قطع مي شود. ديود هرزگرد(D) به دليل انرژي ذخيره شده در سلف همچنان هدايت مي کند و جريان سلفي از سلف، خازن، بار و ديود هرزگرد(D) مي گذرد. با کاهش جريان سلفي، ترانزيستور SW مجددا در سيکل بعدي وصل مي شود.
مبدل باک ساده بوده زیرا فقط به يک ترانزيستور احتياج دارد و راندمان بالايي دارد. مقدار di/dt جريان بار توسط سلف (L) محدود مي شود. اما جريان ورودي متغیر بوده و معمولا به يک فيلتر ورودي بالانس کننده احتياج است. اين فیلتر يک پلارتيه براي ولتاژ خروجي و جريان خروجي يکسو شده فراهم مي کند. در وضعيتي که احتمال اتصال کوتاه شدن مسير ديود وجود داشته باشد مدار حفاظت نيز لازم است. مدار معادل وضعيت مبدل باک در دو مرحله کليدزني مذکور و شکل موج هاي جريان – ولتاژ آن در شکل (2-3) نشان داده شده است

مطالب مشابه در سایت

SABZFILE.COM

موجود است

شکل(2-3)شکل موج هاي ولتاژ – جريان و مدارمعادل مبدل باک : (الف) کليد وصل (ب) کليد قطع
2.2.2.2 مبدل بوست
در يک مبدل بوست، ولتاژ خروجي از ولتاژ ورودي بيشتر است. شکل(2-4) مدار معادل آن را نشان مي دهد.عمل مداري اين مبدل در دو مرحله قابل بيان است.
شکل(2-4)مبدل بوست
مرحله اول: هنگامي آغاز مي شود که ترانزيستور SW در t=0 وصل مي شود. جريان ورودي شروع به زياد شدن کرده و از سلف (L) و ترانزيستور SW مي گذرد.
مرحله دوم: هنگامي آغاز مي شودکه ترانزيستور SW درt=t1 قطع مي شود. جرياني که تاکنون از ترانزيستور SW عبور مي کرد، حال از سلف (L)، خازن (C)، ديود هرزگرد(D) و بار مي گذرد. با کاهش جريان سلفي در سيکل بعدي ترانزيستور SW مجددا وصل مي شود و انرژي ذخيره شده در سلف (L)، به بار منتقل مي شود. مدار معادل وضعيت مبدل افزاينده در دو مرحله کليدزني مذکور و شکل موج هاي جريان – ولتاژ آن در شکل (2-5) نشان داده شده است.
مبدل بوست مي تواند ولتاژ خروجي را بدون کمک ترانسفورماتور افزايش دهد و چون در آن فقط يک ترانزيستور وجود دارد، راندمان بالايي دارد. جريان ورودي ، پيوسته است اما پيک جريان گذرنده از ترانزيستور قدرت، مقدار بزرگي دارد. ولتاژ خروجي نيز حساسيت زيادي نسبت به تغييرات سيکل کاري مبدل دارد و از اين رو ممکن است پايدار ساختن مبدل، دشوار باشد. هم چنين ترانزيستور با بار موازي شده است ، حفاظت کردن از آن در هنگام اتصال کوتاه مشکلاتي دارد.

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید