بررسی و بهبود مدارهای راه انداز led با قابلیت اصلاح ضریب توان
چکیده
با توجه به بحران انرژی در عصر حاضر و هزینه های بالای انرژی و استفاده روز افزون از منابع روشنایی، محققان در تلاش برای جایگزینی ادوات جدید با بهره و طول عمر بالا هستند. همچنین محیط زیست بحران دیگری است که در این عصر جوامع انسانی با آن روبروست. تولید تجهیراتی که دارای مواد سمی و آلاینده و همچنین برای انسان مضر نباشد از اهداف دیگر محققان است. امروزه به دلیل ویژگی های led، این قطعه نیمه هادی به عنوان یک منبع روشنایی مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به مشخصه رفتاری ledها و بکارگیری چندین led جهت دستیابی به روشنایی مطلوب، برای راه اندازی آن نیاز به مدارهای راه انداز می باشد. برای داشتن یک روشنایی ثابت در led یا یک رشته از led ها، باید جریان آن کنترل شود. برای این منظور از مبدل های خطی یا سوئیچینگ استفاده می گردد. چون مبدل های سوئیچینگ بهره ی بالاتری نسبت به مبدل های خطی دارند از این مبدل ها به خصوص در توان های بالا برای درایو ledها استفاده می شود. کاربرد تجهیزات الکترونیک قدرت همانند led driver ها به سرعت در حال افزایش است و استفاده از مدارات اصلاح ضریب توان در ورودی اجتناب ناپذیر است. مطالعه برروی مدارات یک طبقه ی اصلاح ضریب توان به طور عمده به دلیل حجم کم، مدارات کنترل ساده تر و بهره بالاتر در حال انجام است. مدارات پایه سوئیچینگ همانند بوست، باک بوست، فلای بک، چوک و ... در شرایط مد جریان گسسته یا ولتاژ گسسته دارای مشخصه مقاومتی در ورودی هستند و یا به عبارتی ذاتاً اصلاح ضریب توان را انجام می دهند. با توجه به این مزیت، این مبدل ها در ساختارهای تکی و یا ترکیبی برای درایو led ها پیشنهاد شده است. اشکال عمده در مد جریان گسسته پیک جریان بالا و در نتیجه استرس قطعات نیمه هادی و تلفات هدایتی بالای آنهاست که باعث افزایش هزینه قطعات نیمه هادی نیز می گردد. در مبدل هایی که کلید زنی در شرایط سخت صورت می گیرد، با افزایش فرکانس کلیدزنی در مبدل که به هدف افزایش چگالی توان و بهبود عملکرد دینامیکی آن انجام می شود، تلفات ناشی از روشن و خاموش شدن کلید و بازده کلی مبدل کاهش می یابد. به دلیل افزایش روز افزون کاربرد ledها در مصارف روشنایی، هر چقدر میزان ضریب توان بالاتر باشد، از منظر استاندارد مبدل دارای امتیاز بالاتری خواهد بود. از طرف دیگر اکثر ledها می توانند جریانی را که دارای ریپل 100 درصد (پیک تا 2 برابر متوسط جریان) را تحمل کنند. در نتیجه ledها نیازی به رگولاسیون دقیق جریان در خروجی خود ندارند. وجود فضای کوچک در لامپهای led استفاده از فرکانس های بالا را اجتناب ناپذیر میکند. به دلیل عملکرد در فرکانس بالا بحث سوئیچینگ نرم بسیار مهم خواهد بود. در این پایان نامه یک مبدل اصلاح ضریب توان سوئیچینگ نرم جدید برای راه اندازی led معرفی می شود. این مبدل بر اساس تکنیک ولتاژ گسسته در ورودی عمل می کند و بنابراین به نسبت مبدل های جریان گسسته استرس جریان کمتری دارد و تلفات هدایتی را کاهش می دهد. با توجه به ساختار مبدل و طراحی المان ها همچنین شرایط سوئیچینگ نرم در مبدل ایجاد شده است، درنتیجه تلفات سوئیچینگ که قابل ملاحظه نیز می باشد در المانهای نیمه هادی وجود ندارد و بازده کلی مبدل را افزایش می دهد. عملکرد مبدل در شرایط ولتاژ گسسته باعث پدید آمدن ساختار خطی از دید ورودی مبدل گردیده و ضریب توان تقریبا یک را برای مبدل ایجاد خواهد نمود و در مقایسه با استاندارد iec مربوط به اصلاح ضریب توان، دامنه هارمونیکهای جریان کوچکتر هستند. با توجه به ساختار ساده ی مبدل و اینکه رگولاسیون جریان درخروجی وجود ندارد، میتواند در کاربردهای راه اندازی led مناسب باشد. صحت راهکارهای پیشنهادی در قالب تحلیل های نظری ، نتایج شبیه سازی و عملی اثبات گردیده است. در انتها نیز از مطالب و نتایج بیان شده، یک نتیجه گیری کلی بیان می شود و پیشنهاداتی برای ادامه تحقیق ارائه خواهد شد.