نمذجة مصادر الطاقة المتوازية مع المشاركة الحالية النشطة
تُستخدم مصادر الطاقة المتوازية مع المشاركة الحالية النشطة (CS) على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية المختلفة. تقدم هذه المقالة نموذج إشارة صغيرة لنظام المشاركة الحالي لمحول DC-DC المتوازي. بعد استخلاص وتحليل وظيفة نقل التحكم في الحلقة المفتوحة الحالية إلى الإخراج، يتم استخدام كل من المحاكاة والتجربة لإثبات صحة التحليل.
إقرأ هنا المقال كاملا
المشاركة الحالية النشطة (CS)
طرق المشاركة الحالية النشطة1,2 يتم استخدامها عادةً للمشاركة الحالية المناسبة. يشير هذا إلى أن كل توريد لديه وحدة تحكم مشاركة حالية داخلية. يوضح الشكل 1أ مثالاً لنظام محولات متوازية مع حصة تيار، حيث يقوم كل معوض مشاركة تيار بتعديل مرجع جهد الخرج للمحول الخاص به لتحقيق حصة التيار.
هناك طريقتان للمشاركة النشطة الحالية السائدة. في الطريقة الأولى، “الرئيسي والتابع التلقائي”، تصبح الوحدة ذات التيار الأعلى هي الوحدة الرئيسية تلقائيًا. يتم تطبيق هذه التقنية في الدوائر المتكاملة TI/Unitrode UC3907 وUC39023. في الطريقة الثانية4، والمعروفة باسم “المشاركة المتوسطة”، لا يوجد “سيد”، والإشارة الموجودة على الناقل هي متوسط جميع تيارات الوحدة.
على الرغم من الاختلافات بينهما، فإن كلا الطريقتين تنظمان مرجع الجهد لكل وحدة لتعديل التيار. وبالتالي، فإن وظائف التحكم في الإخراج الخاصة بهم قابلة للمقارنة. تم إجراء قدر صغير فقط من الأبحاث لتحليل وظيفة التحكم في المشاركة الحالية إلى الإخراج؛ ولذلك فإن تصميم معوض الحصة الحالية (GCS تم إنشاء الكتلة في الشكل 1) في المقام الأول على أساس التجربة والخطأ.
وظيفة التحكم في الإخراج
لتسهيل بناء نموذج الإشارة الصغيرة، يتم تمثيل كل محول بمصدر جهد ثيفينين يعتمد على جهد الدخل ومعاوقة خرج الحلقة المغلقة Zcl(s). يتحكم V^ref (مرجع جهد الإشارة الصغيرة) في مصدر الجهد التابع عبر التحكم في جهد الحلقة المغلقة:
حيث Hv هي وظيفة التحكم في جهد الخرج، وGvd هي وظيفة محطة دورة التشغيل (متغير التحكم) لجهد الخرج. وبالتالي، يعتمد مصدر Thevenin على مرجع الجهد للمحول ووظيفة الحلقة المغلقة لحلقة التحكم في الجهد. يوضح الشكل 1 ب نموذج الإشارة الصغيرة لمحولين متوازيين.
يُعطى الاضطراب في تيار الخرج للوحدة 1، I^01، بواسطة:
حيث رث1 و رث2 يمثل مقاومة التوزيع بين الوحدة 1 والوحدة 2.
يمكن حساب دالة النقل من مصدر Thevenin إلى تيار إخراج كل وحدة على النحو التالي:
إعادة كتابة المعادلة (1) للوحدة 1، لدينا:
حيث V^ref1 هو مرجع جهد الإشارة الصغيرة للوحدة 1 وأيضًا خرج معوض المشاركة الحالي للوحدة 1:
حيث غCS هو معوض المشاركة الحالي (وحدة التحكم) داخل كل وحدة، وKs هو كسب الاستشعار الحالي. من خلال الجمع بين جميع المعادلات السابقة، يمكننا حساب TCS، ربح حلقة المشاركة الحالية (CS)، كما يلي:
في هذا النموذج، يستخدم كل محول جهد الخرج المحلي الخاص به كتغذية راجعة. يمكن الآن اشتقاق وظيفة التحكم إلى الإخراج في حلقة المشاركة الحالية على النحو التالي:
المصطلح الأول هو وظيفة الحلقة المغلقة لحلقة الجهد، والتي تكون قريبة من الوحدة داخل تردد تقاطع حلقة الجهد. نظرًا لأن الفصل الثالث هو مجرد كسب لمضخم الاستشعار الحالي، فإن الفصل الثاني فقط هو Gدبليو يهيمن على النطاق المعني (تيار مستمر يصل إلى عدة كيلو هرتز). بسبب تركيبة R/L، فإن Gw لديه قطب بتردد منخفض جدًا، مع موضع محدد بواسطة Rwand Zcl(s).
تم إنشاء نموذج محاكاة في SIMetrix/SIMPLIS للمحولات المتوازية، للحصول على وظيفة التحكم في المشاركة الحالية في مخططات Bode بقيم مختلفة لـ Rw. للتحقق من المحاكاة، تم أيضًا إنشاء نظام محولات متوازية (كما هو موضح في الشكل 1) في التجربة، لقياس مخططات Bode المقابلة. يتم كسر حلقة المشاركة الحالية عند النقطة المرجعية للجهد للمعدات قيد الاختبار (EUT). تتطابق مؤامرة وظيفة التحكم في الإخراج المقاسة مع المحاكاة. تؤكد كل من الأشكال الموجية العابرة ومؤامرات Bode أن هناك قطبًا منخفض التردد في وظيفة التحكم في الإخراج CS هذه. على سبيل المثال، بالنسبة لـ Rw1/Rw2=1.3 mΩ، فإن وظيفة التحكم إلى الإخراج لها قطب عند حوالي 100 هرتز.
يوضح استخدام مصادر الطاقة المتوازية في تطبيقات الحوسبة والخادم بوضوح المشاركة الحالية بين الإمدادات. يمكن العثور على محول DC-DC على الجانب الثانوي/الإخراج لمصدر الطاقة المستخدم هناك. يتراوح تردد التحويل لمحول DC-DC عادةً بين 50 و100 كيلو هرتز، في حين أن عرض النطاق الترددي لحلقة الجهد يبلغ عدة كيلو هرتز.
يؤدي هذا إلى وضع عرض النطاق الترددي لحلقة CS أقل من عدة مئات من الهرتز، وهو قريب من قطب التردد المنخفض في وظيفة التحكم في الإخراج CS. تنص القاعدة الأساسية المعروفة على أنه يجب اختيار عرض النطاق الترددي لحلقة CS أقل بعقد من عرض حلقة الجهد. فرض هذا قيودًا إضافية على تصميم وحدة التحكم.
على سبيل المثال، إذا تم استخدام وحدة تحكم تقليدية من النوع 1 تتكون من Kp وقطب، فسيكون هناك تأخر طور إضافي يبلغ تسعين درجة حول هذا القطب. بالاشتراك مع القطب الذي يؤدي بالفعل وظيفة التحكم إلى الإخراج لمصنع المشاركة الحالي، لن توفر وحدة التحكم من النوع 1 CS هامش طور كاف لحلقة CS. لذلك، من الضروري البحث عن شكل مختلف من معوض CS الذي يجب أن يكون له تعزيز طور قريب من تردد أقطاب النبات.
مراجع
1 شيغو لوه وآخرون. آل. “تصنيف وتقييم طرق التوازي لوحدات إمداد الطاقة”، مؤتمر متخصصي إلكترونيات القوى، 1999.
2 RH Wu, T. Kohama, Y. Kodera, T. Ninomiya, and F. Ihara، “التحكم في مشاركة تيار التحميل للتشغيل المتوازي لمحولات التيار المستمر إلى التيار المستمر”، PESC’93، يونيو 1993، الصفحات من 101 إلى 107.
3 مارك جوردان، “UC3907 Load Share IC يبسط تصميم مصدر الطاقة المتوازي”، رقم أدبيات TI SLUA147.
4 ميلان يوفانوفيتش، ديفيد كرو، وليو فانغ يي، “تطبيق جديد ومنخفض التكلفة لتقاسم تيار الحمل “الديمقراطي” لوحدات المحولات المتوازية”، IEEE Trans. على إلكترونيات الطاقة، المجلد. 11، العدد 4، يوليو 1996.
اكتشاف المزيد من موقع 5 كيلو
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
