1855 Buck 1s712u

‫׳‪4855‬‬

‫‬‫‪/1‬‬

‫מנון טננולוג׳ חולון‬ ‫‪Holon Institute of Technology‬‬

‫פ ר ו ״ ק ט גמר ה נ ד ס י ל ת ו א ר ‪B . S c .‬‬ ‫בהנדסת השמל״אלקטרוניקה ותקשורת‬

‫פדי»ל‪1‬ט ‪1‬נושא‬ ‫ובנייה של ממיר מתח ישו למתח ישו‪,‬‬ ‫‪ ,(Buck Converter) w‬משופו עם בקוה‬ ‫אוטומטית אופטימלית‪.‬‬

‫ה ת ש ב ת א ר י ך ‪13/11/2008 :‬‬

‫‪^9‬גישי‪:0‬‬ ‫שם ומשבחה‬ ‫מ ט י ת‪.?.‬‬

‫ארטור גורבן‬

‫אבי כהן‬

‫‪303774376‬‬

‫‪040300808‬‬

‫שם המנהה‬

‫דר׳ יפים ברקוביץ׳‬

‫התימת המנחה‬

‫?‪Hi‬‬

‫״ ״״״״״‬

‫‪2, , ,‬‬

‫וטנון ‪ 0‬נ ג ו י ו ג י ‪|1>1n‬‬

‫‪HffcnhsttinoCferJinrlotr/' 0‬‬

‫ט•«־״‬

‫•‪9130^31‬‬

‫‪51BB19©aJ‬‬

‫דוו׳ גולומב ‪ 52‬ווו>ון‪02‬יי־ז‬

‫ת״ד ‪ 305‬חולון ‪5a 102‬‬

Hir

‫מכו! טכנולוג• חולון‬ Holon Institute of Technology

FinaJ Project in Electrical and Electronic Engineerin for B.Sc Degree

Design and implementation of improved Buck Converter with optimal and automatic control system

Name

Avi Cohen

Artur Gorban

LB. number

040300808

303774376

‫ ה^עת תודה‬J

°

pf0>

pp

, a j t e k o p f f e

ft^Mnt)

U p

t t f l j l z j

p‫!

j0'1/a

S p o P l p N v

, p > e j

-

i l d ' k

u < f e

p‫׳‬pj<7p

‫ם‬

a

fk6jt

‫‪ .11‬תובו עניינים‬ ‫הגעת תודה‬ ‫‪.I‬‬ ‫‪ .II‬תוכן עניינים‬ ‫‪ .III‬רשימת איורים‬ ‫‪ .IV‬רשימת קיצורים‬ ‫‪ .V‬תקציר‬ ‫‪Abstract .VI‬‬ ‫‪ .1‬מבוא‬

‫‪1‬‬

‫‪ .2‬רקע תיאורטי ‪ -‬סקירת שווקים וספרות‪ ,‬השוואת ממירים‪ ,‬תאור שיטת בקרה‬

‫‪2‬‬

‫‪Classic Buck Converter‬‬

‫‪2‬‬

‫‪ .2.1.1‬הסבר עקרוני‬

‫‪2‬‬

‫‪ .2.1.2‬ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬סגור‬

‫‪2‬‬

‫‪ .2.1.3‬ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬פתוח‬

‫‪3‬‬

‫‪Classic Buck Converter‬‬

‫‪4‬‬

‫ג‬

‫‪4‬‬

‫‪5‬‬

‫‪Classic Buck Converter‬‬

‫‪Quadratic Buck Converter‬‬ ‫‪ .2.2.1‬הסבר עקרוני‬

‫‪5‬‬

‫‪ .2.2.2‬ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬סגור‬

‫‪5‬‬

‫‪ .2.2.3‬ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬פתוח‬

‫‪6‬‬

‫‪Quadratic Buck Converter‬‬

‫‪7‬‬

‫‪Quadratic Buck Converter‬‬

‫‪7‬‬ ‫‪Flyback Converter‬‬ ‫‪ .2.3.1‬הסבר עקרוני‬

‫‪8‬‬

‫‪ .2.3.2‬ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬סגור‬

‫‪8‬‬

‫‪ .2.3.3‬ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬פתוח‬

‫‪8‬‬

‫‪9‬‬

‫‪Flyback Converter‬‬

‫‪Switched Capacitor Buck Converter‬‬ ‫‪ .2.4.1‬הסבר עקרוני‬

‫‪10‬‬

‫‪ .2.4.2‬ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬סגור‬

‫‪10‬‬

‫‪ .2.4.3‬ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬פתוח‬

‫‪11‬‬

‫‪12‬‬ ‫‪ .2.5‬סקירת מערכת בקרה‬

‫‪Switched Capacitor Buck Converter‬‬ ‫‪13‬‬

‫‪ .2.5.1‬שיטות בקרה נפוצות‬

‫‪13‬‬

‫‪Sliding Mode Control .2.5.2‬‬

‫‪13‬‬

‫‪ .3‬תכנון השמלי של תתי מערבות בממיר‪ ,‬סימולציה של ערוץ ה ס פ ק‬ ‫בחוג פתוח ובחוג סגור‬

‫‪16‬‬

‫‪.3.1‬שרטוטם של תתי מערכות‬

‫‪16‬‬

‫‪Power Supply Unit .3.1.1‬‬

‫‪16‬‬

‫‪Driver .3.1.2‬‬

‫‪17‬‬

‫‪PWM Controller .3.1.3‬‬

‫‪18‬‬

‫‪Power Channel .3.1.4‬‬

‫‪19‬‬ ‫‪20‬‬

‫‪ .3.2‬סימולציות ערוץ הספק בחוג פתוח‬ ‫‪ .3.2.1‬תהליכי מעבר‬

‫‪20‬‬

‫‪ .3.2.2‬זרמים במצב מתמיד‬

‫‪21‬‬

‫‪ .3.2.3‬מתחים במצב מתמיד‬

‫‪22‬‬ ‫‪23‬‬

‫‪ .3.3‬סימולציות ערוץ הספק בחוג סגור‬ ‫‪ .3.3.1‬תאור מעגל הממיר עם משוב‬

‫‪23‬‬

‫‪ .3.3.2‬תהליכי מעבר ‪ -‬מעגל הממיר בחוג סגור‬

‫‪24‬‬ ‫‪25‬‬

‫‪ .3.4‬רשימת רכיבים‬

‫רת של הממיר בשיטת‬

‫גבוה ‪-‬‬

‫‪26‬‬

‫‪Averagings‬‬

‫‪ .5‬תכנון קונסטרוקטיבי ובניית דגם הממיר‬

‫‪33‬‬

‫‪ .6‬תוצאות ומדידות מעשיות‬

‫‪38‬‬

‫]‬

‫‪6‬‬

‫‪4‬‬

‫‪1‬‬

‫]‪kW‬‬

‫‪ .7.1‬תאור עקרוני של ממיר המיועד לעבודה בהספק גבוה‬

‫‪46‬‬

‫‪.7.2‬סימולציה של הממיר בהספק גבוה‬

‫‪47‬‬

‫‪ .7.3‬תהליכי מעבר בממיר בהספק גבוה‬

‫‪47‬‬

‫‪ .7.4‬זרמים בממיר בהספק גבוה ‪ -‬במצב מתמיד‬

‫‪48‬‬

‫‪ .7.5‬מתחים בממיר בהספק גבוה ־ במצב מתמיד‬

‫‪49‬‬

‫‪ .8‬סיכום ומסקנות‬

‫‪50‬‬

‫ביבליוגרפיה‬

‫‪51‬‬

‫נספחים‬

‫‪52‬‬

‫‪ .III‬רשימת איורים‬ ‫‪ 1‬מס׳ איור‬

‫שם האיור‬ ‫תרשים עקרוני של מעגל הממיר עם מערכת הבקרה‬

‫עמוד‬ ‫‪1‬‬

‫‪1‬‬

‫‪2.1‬‬

‫‪Classic Buck Converter‬‬

‫‪2‬‬

‫‪2.2‬‬

‫ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬סגור‬

‫‪2‬‬

‫‪2.3‬‬

‫ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬פתוח‬

‫‪3‬‬

‫‪2.4‬‬

‫זרמים ומתחים בממיר מסוג ‪Classic Buck Converter‬‬

‫‪4‬‬

‫‪2.5‬‬

‫‪Quadratic Buck Converter‬‬

‫‪5‬‬

‫‪2.6‬‬

‫ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬סגור‬

‫‪5‬‬

‫‪2.7‬‬

‫ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬פתוח‬

‫‪6‬‬

‫‪2.8‬‬

‫זרמים ומתחים בממיר מסוג ‪Quadratic Buck Converter‬‬

‫‪7‬‬

‫‪2.9‬‬

‫‪Flyback Converter‬‬

‫‪8‬‬

‫‪2.10‬‬

‫ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬סגור‬

‫‪8‬‬

‫‪2.11‬‬

‫ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬פתוח‬

‫‪8‬‬

‫‪2.12‬‬

‫‪Switched Capacitor Buck Converter‬‬

‫‪10‬‬

‫‪2.13‬‬

‫ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬סגור‬

‫‪10‬‬

‫‪2.14‬‬

‫ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬פתוח‬

‫‪11‬‬

‫‪2.15‬‬

‫זרמים ומתחים בממיר מסוג ‪Switched Capacitor Buck Converter‬‬

‫‪12‬‬

‫‪2.16‬‬

‫‪ - Sliding Mode Control‬תאור עקרוני‬

‫‪14‬‬

‫‪3.1‬‬

‫‪ Power Supply Unit‬שרטוט מעשי‬

‫‪16‬‬

‫‪3.2‬‬

‫‪ PWM Controller‬שרטוט מעשי‬

‫‪17‬‬

‫‪3.3‬‬

‫‪ Driver‬שרטוט מעשי‬

‫‪18‬‬

‫‪3.4‬‬

‫‪ Power Channelr‬שרטוט מעשי‬

‫‪19‬‬

‫‪3.5‬‬

‫מעגל הסימולצייה עבור ערוץ ההספק‬

‫‪20‬‬

‫‪3.6‬‬

‫מעגל הסימולציה לערוץ הספק בחוג סגור‬

‫‪23‬‬

‫‪4.1‬‬

‫דיאגרמת בודה עבור פונקציית תמסורת ‪ Gvv‬של הממיר‬

‫‪31‬‬

‫‪4.2‬‬

‫דיאגרמת בודה עבור פונקציית תמסורת ‪,‬״‪ G‬של הממיר‬

‫‪32‬‬

‫‪5.1‬‬

‫מבט כללי על דגם הממיר‬

‫‪33‬‬

‫‪5.2‬‬

‫מבנה עקרוני של דגם הממיר‬

‫‪34‬‬

‫‪5.3‬‬

‫‪- Power Supply Unit‬מבנה עקרוני‬

‫‪35‬‬

‫‪5.4‬‬

‫‪- PWM‬מבנה עקרוני‬

‫‪35‬‬

‫‪5.5‬‬

‫‪- Driver‬מבנה עקרוני‬

‫‪36‬‬

‫מס׳ איור‬

‫שם האיור‬

‫עמת‬

‫‪5.6‬‬

‫‪- Power Channel‬מבנה עקרוני‬

‫‪36‬‬

‫‪5.7‬‬

‫סליל ראשי וסליל משני ‪ -‬מבנה עקרוני‬

‫‪37‬‬

‫‪6.1‬‬

‫אות שן מסור ‪ -‬רגל ‪ 5‬ברכיב ‪KA3525‬‬

‫‪38‬‬

‫‪6.2‬‬

‫פולסים ברגל ‪ 4‬ברכיב ‪KA3525‬‬

‫‪39‬‬

‫‪6.3‬‬

‫גל מרובע במוצא מבקר ‪PWM‬‬

‫‪40‬‬

‫‪6.4‬‬

‫אות כניסה ל ‪ Source‬של הטרנזיסטור‬

‫‪41‬‬

‫‪6.5‬‬

‫אות כניסה ל ‪ Gate‬של הטרנזיסטור‬

‫‪42‬‬

‫‪6.6‬‬

‫רמת המתח על ‪ Drain‬של הטרנזיסטור‬

‫‪43‬‬

‫‪6.7‬‬

‫רמת המתח ‪Vjn‬‬

‫‪44‬‬

‫‪6.8‬‬

‫רמת המתח ‪ V1wl‬ביציציאה מהממיר‬

‫‪45‬‬

‫‪7.1‬‬

‫מעגל הסימולצייה עבור ערוץ ההספק בהספק גבוה‬

‫‪47‬‬

‫ רשימת מיצורים‬.IV ‫ראשי תיבות‬/‫פירוש הקיצור‬

‫ראשי תיבות‬/‫קיצור‬

Power Supply Unit

PSU

Pulse Width Modulation

PWM

Switched Capacitor

SC

Sliding Mode (Controller)

SM(C)

Steady State

SS

Transfer Function

TF

Variable Structure Systems

VSS

‫‪ .V‬ת‪17‬ציד‬ ‫המערכת שפותחה במסגרת פרויקט זה‪ ,‬מביאה לידי ביטוי רעיון חדשני לממיר מתח ישר‪ ,‬מגבוה לנמוך‪,‬‬ ‫בעל יחס הנחתה גבוה יחסית‪.‬‬ ‫השיטות הקיימות היום להנחתת מתח באמצעות הממירים‪ ,‬הן רבות‪ ,‬ולכל שיטה חסרונות משלה‪.‬‬ ‫החסרונות מתבטאים בזליגת השראות‪ ,‬נצילות נמוכה)יחסית(‪ ,‬ממדים פיזיים גדולים‪ ,‬בעיות ויסות‬ ‫מתח יציאה וכד׳‪.‬‬ ‫הרעיון החדשני בבסיס פיתוח הממיר‪ ,‬מהווה שילוב של שני בלוקים המחוברים בטור‪ ,‬והנשלטים ע״י‬ ‫אותו מתג‪ .‬הבלוק הראשון הינו מעגל המבוסס על עקרון ״קבל ממותג״)‪ ,(Switched Capacitor‬ואילו‬ ‫הבלוק השני הינו ממיר בסיסי מסוג ‪ .BUCK‬באמצעות טופולוגיה כזאת‪ ,‬מתקבל הממיר החדשני אשר‬ ‫נותן מענה לחסרונות שפורטו קודם‪.‬‬ ‫על מנת להתגבר על בעיית הוויסות‪ ,‬נדרש לשלב את הממיר המפותח עם מערכת בקרה אופטימאלית‪.‬‬ ‫על פי התכנון וויסות רמת מתח ביציאה נקבעת באמצעות בקר ‪ .PWM‬אוטומטיות ואופטימיזציה‬ ‫מושגות ע״י שילוב שיטת בקרה מסוג ‪ ,SMC‬לשליטה על ‪.PWM‬‬ ‫פרויקט זה נשען על ניתוח תיאורטי מעמיק שבוצע בתחילתו‪ .‬הניתוח כלל השוואת ביצועים של ממירים‬ ‫שונים כגון ‪ Quadratic, Flyback‬ו־ ‪ Buck‬בסיסי)קלאסי( למול הממיר המפותח‪.‬‬ ‫בשלב הבא‪ ,‬בוצעו במקביל תכנון חשמלי של המערכת וביצוע סימולציות ממוחשבות של ערוץ הספק‬ ‫בממיר)בתהליך מעבר וגם במצב מתמיד(‪ ,‬וזאת באמצעות תכנת ‪ OrCad 10.5‬וישום ה ‪.PSpice‬‬ ‫לאחר מכן‪ ,‬בוצע ניתוח של מודל בשיטת ה ‪ Averaging -‬על מנת לקבל את פונקצית התמסורת של‬ ‫הממיר המפותח‪ ,‬וזאת על בסיס נתוני הרכיבים‪ .‬התוצאות מוצגות במישור התדר באמצעות דיאגרמות‬ ‫בודה‪.‬‬ ‫התוצאות שהתקבלו בשלב הסימולציות וניתוחים התיאורטיים אפשרו מעבר לתכנון קונסטרוקטיבי‬ ‫ובנייה מעשית של דגם הממיר המפותח‪.‬‬ ‫הדגם נבנה במעבדות המכון מרכיבים שהוזמנו על פי הרשימה‪.‬‬ ‫לאחר בניית הדגם‪ ,‬בוצעו על גביו מדידות מעשיות בתנאי מעבדה‪ .‬התוצאות שהתקבלו‪ ,‬דומות מאוד‬ ‫לתוצאות שהתקבלו בשלב ביצוע הסימולציות ומאמתות את הניתוחים התיאורטיים‪.‬‬ ‫בנוסף וכפרק נפרד‪ ,‬בוצע סימולצייה של הממיר לעבודה בהספק גבוה)יחסית( של‬

‫] ‪1‬‬

‫]‪.kW‬‬

‫בסיום העבודה הופקו לקחים והוסקו מסקנות לגבי הפרויקט והמשך אפשרי של פיתוח ושדרוג‬ ‫המערכת‪.‬‬ ‫שיקולי תכנון והפיתוח במסגרת הפרוייקט מפורטים ומנומקים בהרחבה ומובאים בגוף הספר‪.‬‬

Abstract .VI The system that was developed in the frame of this project, presents innovative idea of DC-DC Buck converter, with comparatively high conversion ratio. In this days, there are many different methods to reduce output voltage by using converters. Each one of those methods have a lot of disadvantages. For example: inductance leakage, large physical size, comparatively low efficiency, regulation problems, and so on. The innovative idea that leads to developing of this project, means combination of two main sections in serial connection, controlled by single switch. The first section is circle based on principle of "Switched Capacitor". The second section is the basic standard Buck Converter. By using this kind of topology, accepted innovative converter, that reinforce the disadvantages. In purpose to overcome the regulation problems, the developed converter must to include optimal control system. According to the planning, voltage output ratio determined in advanced by PWM controller. Optimization and automation is obtained by integrate SM control method with PWM. This project leans on extensive theoretical analysis, that was made in the beginning of the work. The analysis includes comparison of developed system, to different converters types, like Quadratic, Flyback and standard Buck Converter. On the next stage, electrical planning of the system was done, in parallel to computer simulations (in steady state and in start of the process) of the converter's power channel. All of those was made in OrCad 10.5 version, and in PSpice module of the program. As the continuation, transmission function of the converter was defined by "Averaging method", based on real data of the components. The results was shown in frequency plane by way of Bode Plots. Accepted on the simulation and theoretical analysis stages results, facilitate the advance to constructive planning and building the real model of the converter. The model was built in the Institute's Laboratory from real components that was ordered by part list. In due to the building of the model, measurements was taken in the lab by Scope. The accepted results, are very similar to the result, accepted on the simulation and theoretical analysis stages. Another part of the project, deals with high power (1 [kW]) simulation of the developed converter. In the final phase of the project, work conclusions was made, also due to the possible future development and improvement of the system. Detailed consideration of planning and development phases, brought in this project's booklet.

‫‪ .1‬מבוא‬ ‫ב ת ק ו פ ה האחרונה‪ ,‬הולך וגדל בתעשיות ה א ל ק ט ר ו נ י ק ה שימוש ברכיבים ה צ ו ר כ י ם מ ת ח ה ז נ ה נמוך‬ ‫י ח ס י ת ) ק ט ן מ ‪ .(1V -‬בדרך כלל ה מ ע ר כ ו ת מ ו ז נ ו ת מ מ ק ו ר מ ת ח קבוע)כגון סוללה( א ש ר גבוה יותר‬ ‫מהנדרש‪ .‬על מ נ ת להוריד א ת ה מ ת ח ל ר מ ה הנדרשת‪ ,‬נפוץ ה י ו ם השימוש ב מ מ י ר י מ ת ח ישר ל מ ת ח ישר‬ ‫מ ס ו ג ‪ .Buck Converter‬מ מ י ר כ ז ה מ ס ו ג ל ל ה ק ט י ן א ת מ ת ח ה מ ו צ א פי ‪ 8-10‬מערכו של מ ת ח ה מ ב ו א ‪.‬‬ ‫ק י י מ י ם פתרונות ל ה נ ח ת ה גדולה עוד יותר‪ ,‬לדוגמא‪ ,‬חיבור מ ס פ ר מ מ י ר י ם ב ק ס ק ד ה ‪ .‬פתרון כ ז ה אינו‬ ‫א פ ק ט י ב י ‪ ,‬ה י ו ת ו מ ק ב ל י ם גם ירידה בנצילות‪ .‬כ מ ו כן‪ ,‬ק י י מ ת בעיה בויסות ע מ ו ק עבור ת ח ו ם רחב של‬ ‫צרכנים )מנועים(‪.‬‬ ‫פ ר ו י י ק ט זה י ת מ ק ד בפיתוח ויישום של ‪ Buck Converter‬משופר‪ ,‬א ש ר י ה י ה מ ס ו ג ל ל ה נ ח י ת מ ת ח מ ו צ א‬ ‫עד כ ‪ 50% -‬יותר מ א ש ר מ מ י ר בסיסי‪ .‬הפתרון יתבצע ע״י ה ו ס פ ה של מעגל מ י ת ו ג נ ו ס ף ) ה כ ו ל ל רכיבים‬ ‫פסיביים( למעגל מ מ י ר ה ב ס י ס י ‪ ,‬וכך לא תיפגע הנצילות‪.‬‬ ‫בעיית ה ו י ס ו ת ה ר ח ב ת י פ ת ר ע״י שילוב ה מ מ י ר המשופר עם מ ע ר כ ת ב ק ר ה א ו פ ט י מ ל י ת עבור הינע‬ ‫זרם ישר‪.‬‬

‫הבקרה‬

‫‪-‬‬

‫‪1‬‬

‫‪1,‬‬

‫‪ .2‬דמע תיאורטי ‪ -‬ססירת שוואים וספרות‪ ,‬השוואת ממירים‪ ,‬תאור שיטת במרה‬ ‫‪ .2.1‬ממיל ממותג מסוג ‪Classic Buck Converter‬‬ ‫‪.2.1.1‬‬

‫ה ס ב ר עקרוני‬ ‫ב מ מ י ר מ ס ו ג ‪ ,Classic Buck Converter‬מ ת ח ה מ ו צ א ה מ מ ו צ ע ק ט ן מ מ ת ח הכניסה‪.‬‬ ‫מ מ י ר זה כולל‪:‬‬ ‫•‬

‫י ח י ד ת ‪) LC‬סליל וקבל( ה מ ה ו ו ה מ ס נ ן מעביר נמוכים ‪.LPF‬‬

‫•‬

‫מ ת ג ‪) S‬טרנזיסטור(‪.‬‬

‫•‬

‫דיודה ה נ מ צ א ת ב מ צ ב י ם של קטעון או ה ו ל כ ה לסירוגין‪.‬‬

‫באיור מ ס ׳ ‪ 2‬מוצג המעגל העקרוני של ה מ מ י ר ‪:‬‬

‫על מנת לנתח א ת מעגל הממיר נפעל על פי מספר הנחות בסיסיות‪:‬‬ ‫•‬

‫המעגל עובד במצב המתמיד)‪Steady State‬־‪.(SS‬‬

‫•‬

‫זרם הזורם דרך הסליל הינו רציף‪.‬‬

‫•‬

‫ערך קיבול ה ק ב ל הינו גדול יחסית‪ ,‬כך שמתח המוצא אינו יורד בצורה ניכרת‪.‬‬

‫•‬

‫הרכיבים במעגל הינם רכיבים אידיאליים‪.‬‬

‫הערה דרך מקובלת לבצע ניתוח של מעגלים מסוג זה היא לבחון א ת מ ת ח הסליל עבור שני‬ ‫מצבים של המתג)‪ ,(ON-OFF‬ולאחר מכן להשוות בין ה מ ת ח י ם ולקבל א ת יחס בין מ ת ח‬ ‫המוצא ל מ ת ח המבוא)פונקצית ת מ ס ו ר ת של הממיר(‪.‬‬

‫‪.2.1.2‬‬

‫ניתוח המעגל כ א ש ר ה מ ת ג ‪ S‬סגור‬

‫‪Vu(t)=Vs-Vn‬‬

‫‪2,‬‬

‫)‪(l.a‬‬

‫‪.2.1.3‬‬

‫‪Toff‬‬

‫ניתוח המעגל כ א ש ר ה מ ת ג ‪ S‬פתוח‬

‫‪0 = v,Jt)+r0‬‬

‫)‪(2‬‬

‫‪V j ) = -VH‬‬

‫)‪(2a‬‬

‫נבצע א ת ‪) Volt Second Balance‬משוואת איזון המתחים( על הסליל על מנת לקבל א ת‬ ‫‪:‬פונקציית התמסורת‬

‫‪u‬‬

‫‪R‬‬

‫‪= 0‬‬

‫‪\vL1(t)dt‬‬ ‫‪TD‬‬

‫=‬

‫‪[V‬‬

‫‪TD‬‬

‫‪\VL[(t)dt+‬‬

‫‪(td-o)-(vx-v,)+(t-TD)-(-vn)=v‬‬

‫‪=O‬‬

‫)‪(4‬‬

‫)‪(5‬‬

‫‪VsD-VnD-V0+VnD‬‬

‫‪3,‬‬

‫)‪(5a‬‬

‫‪2.1‬‬

‫‪. A‬‬

‫‪.2.1.5‬‬

‫זרמים ומתחים בממיר מסוג ‪Classic Buck Converter‬‬

‫יתרונות וחסרות של ממיר מסוג ‪Classic Buck Converter‬‬ ‫יתרונות‬ ‫•‬

‫ממיר ממותג מסוג ‪ Classic Buck Converter‬הינו ממיר פשוט הדורש רק מתג אחד‪.‬‬

‫•‬

‫ממיר זה בעל נצילות גבוהה בסביבות ‪. 90%‬‬

‫•‬

‫שינוי הזרם בעומס מוגבל על ידי הסליל‪ ,‬ולכן האדווה המתקבלת בעומס קטנה‪.‬‬

‫חסרונות‬ ‫•‬

‫בממיר זה זרם המבוא אינו רציף ולכן המעגל דורש בדרך כלל מסנן להחלקת‬ ‫זרם הכניסה‪.‬‬

‫•‬

‫מתח המוצא המינימאלי שניתן להשיג תלוי בגורם המחזור המינימאלי שמוגבל ע״י‬ ‫מעגל הבקרה )‪ . (Dmin » 0.1‬ההגבלה נובעת כתוצאה מהמתג‪ ,‬אשר מוגבל לתדר מיתוג‬ ‫מקסימאלי מסוים‪.‬‬

‫‪4,‬‬

‫‪ .2.2‬ממיר ממותג מסוג ‪Quadratic Buck Converter‬‬ ‫‪.2.2.1‬‬

‫ה ס ב ר עקרוני‬ ‫במעגלים א ל ק ט ר ו נ י י ם ב ת ח ו ם מערכות ה ס פ ק מ ס פ ר רב של יישומים עובדים עם מ מ י ר י ם‬ ‫מ ס ו ג ‪ .DC DC‬יישומים אלו דורשים ת ח ו ם שינוי רחב של מ ת ח כ נ י ס ה ויציאה‪ ,‬לכן מ מ י ר‬ ‫קונבנציונאלי ה מ ב ו ק ר ב א מ צ ע ו ת מערכת ‪ ,PWM‬חייב ל ת פ ק ד עם גורם מ ח ז ו ר בעל ת ח ו ם‬ ‫ויסות גדול ככל האפשר‪ .‬א ו ל ם ת ח ו ם השינוי של ‪ D‬מוגבל‪ ,‬דבר הנובע כ ת ו צ א ה מ ק צ ב מיתוג‬ ‫מ ק ס י מ א ל י של המתג‪ .‬על מ נ ת ל ה ס י ר מגבלה זו ולקבל מ ת ח י ם נמוכים‪ ,‬יציבים ו מ ד ו י ק י ם‬ ‫ב מ ו צ א הממיר‪ ,‬פותח ה מ מ י ר מסוג ‪.Quadratic Buck Converter‬‬ ‫מ מ י ר זה מייצר י ח ס ה מ ר ה בין מ ת ח מ ו צ א ל מ ת ח מ ב ו א של ‪. D 2‬‬ ‫ה מ מ י ר ה ו א תוצר של חיבור מ ת ו ח כ ם בטור בין שני מ מ י ר י ם מ ס ו ג ‪Classic Buck‬‬ ‫‪ Converter‬כך שהטופולוגיה ה מ ת ק ב ל ת מ מ ו ת ג ת ב א מ צ ע ו ת מ ת ג יחיד‪.‬‬ ‫באיור מ ס ׳ ‪ 2.5‬מוצג המעגל העקרוני של ה מ מ י ר ‪:‬‬

‫נבצע א ת ניתוח ה מ מ י ר לפי א ו ת ה גישה וקריטריונים שהשתמשנו עבור מ מ י ר מ מ ו ת ג מ ס ו ג‬ ‫‪Converter.‬‬ ‫‪.2.2.2‬‬

‫‪Classic Buck‬‬

‫ניתוח המעגל כ א ש ר ה מ ת ג ‪ S‬סגור ‪Tm -‬‬

‫איור מ‪ - 2.6 '0‬ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬סגור‬

‫‪vcJ)=vLa(t)+v0‬‬

‫)‪(8‬‬

‫)‪(8.‬‬

‫)‪Kjhv(Jt‬‬

‫= ‪K‬‬

‫)ל(‬ ‫)«ל(‬

T ‫ פתוח ־ •״‬S ‫ניתוח המעגל כ א ש ר ה מ ת ג‬ JWYl.

.2.2.3

r>AAA

s

Lin

Lo

D1

^ u )

>A

o

r>K.

^ Loop 2

/

‫ פתוח‬S ‫ ניתוח המעגל כאשר המתג‬- 2.7 '0‫איור מ‬

(9)

Vj)+VrAt)

(9a)

=

(10)

=0

^(0+^ =0

(10a)

vLa(t)-v0

t , . ! sf>r»vr?-1 |‫ואיייי‬ ‫ וי־ץ״יוו׳יןרי‬Vpit ^•fi^opd Balancc .O'P'.'Ul I •J^D — I'IIH/JV/IU'IUIWM —— - -‫נבצע‬ n -1>i1r
(11) \vL(t)-dt = 0

m

(12)

(13)

(13a)

0

r

K W *

+

K ( ro

0 =

r

0

TO

(15)

* < ‫׳‬

7D{K, - VCm (f)}+ (T - TD){-

DVt-DVt^{f)-VCt1(f)+DVCm{f)

m

(16)

=o

(r)-F‫״‬1‫}״‬+(r - 7

16)a) DVC1n(t)-DVo-Vn+DVo=0

= 0

(17)

(14)

: ‫ מ צ ב י ה מ ת ג‬2 ‫נשווה בין מ ת ח ק ב ל ה מ ב ו א ש ה ת ק ב ל עבור‬

(18)

0

DVt=^

6,

‫י‬/‫ {)נ‬-

‫‪.2.2.4‬‬

‫ז ר מ י ם ו מ ת ח י ם ב מ מ י ר מ ס ו ג ‪Quadratic Buck Converter‬‬

‫‪.2.2.5‬‬

‫יתרונות וחסרות של ממיר מסוג ‪Quadratic Buck Converter‬‬ ‫יתרונות‬ ‫‪o‬‬

‫בממיר ממותג מסוג ‪ Quadratic Buck Converter‬יחס ההמרה רחב בצורה‬

‫חסרונות‬ ‫‪o‬‬

‫בממיר זה כמו בממיר מסוג ‪ Classic Buck Converter‬זרם המבוא אינו רציף דבר‬ ‫הגורם לקפיצות בזרם הכניסה בעת המיתוג המשפיעות על רכיבי המעגל‪.‬‬

‫‪o‬‬

‫גודל פיזי של הממיר אינו קומפקטי בגלל שערכו של הסליל גדול‪.‬‬

‫‪0‬‬

‫עבור זרם לא רציף בעומס ממיר זה אינו מוריד מ ת ח על פי ‪ D 2‬אלא בצורה הרבה‬ ‫פחות חזקה‪.‬‬

‫‪7,‬‬

‫‪ .2.3‬ממיר ממומג מסוג ‪Flvback Converter‬‬ ‫‪.2.3.1‬‬

‫ה ס ב ר עקרוני‬ ‫מבנה של מ מ י ר ז ה ד ו מ ה למבנה של מ מ י ר מ ה ס ו ג ‪ .Buck-Boost Cobverter‬ה ה ב ד ל בין‬ ‫ה מ מ י ר י ם ה ו א בכך ש ב מ ק ו ם ה ס ל י ל של ה ‪ Buck Boost‬ב מ מ י ר מ ס ו ג ‪Flyback Converter‬‬ ‫מ ש ת מ ש י ם בשנאי‪ .‬ב מ מ י ר זה מ ת ח ה מ ב ו א מ ח ו ב ר דרך מ ת ג לצידו הראשוני של השנאי‪.‬‬ ‫בצידו השני של השנאי מ ת ק ב ל מ ת ח מושרה ה מ ח ו ב ר לשאר רכיבי המעגל‪.‬‬ ‫השימוש בשנאי בא‪ ,‬על מ נ ת להרחיב א ת י ח ס ה ה מ ר ה בין מ ת ח ה מ ו צ א ל מ ת ח הכניסה‪.‬‬ ‫באיור מ ס ׳ ‪ 2.5‬מוצג המעגל העקרוני של ה מ מ י ר ‪:‬‬ ‫‪D‬‬

‫‪M‬‬

‫‪s‬‬ ‫‪Ns +‬‬

‫‪R > V,out‬‬

‫‪+ Np‬‬

‫‪V,‬‬

‫‪-L-‬‬

‫‪O‬‬

‫‪Vs‬‬

‫איור ‪Flyback Converter - 2.9 'on‬‬ ‫נבצע א ת ניתוח ה מ מ י ר לפי א ו ת ה גישה וקריטריונים שהשתמשנו עבור מ מ י ר מ מ ו ת ג‬ ‫מ ס ו ג ‪.Classic Buck Converter‬‬ ‫‪.2.3.2‬‬

‫•ניתוח המעגל כאשר ה מ ת ג ‪ S‬סגור ‪-‬‬ ‫־*‬

‫‪T‬‬ ‫‪0‬־‬

‫‪0‬‬

‫‪S‬‬ ‫‪Ns +‬‬ ‫‪+ Np‬‬ ‫‪out‬‬

‫‪V‬‬

‫‪R>V‬‬

‫‪Vs‬‬

‫‪V‬‬

‫‪P‬‬

‫איור מ‪ - 2.10 '0‬ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬גור‪0‬‬

‫‪.2.3.3‬‬

‫ניתוח המעגל כ א ש ר ה מ ת ג ‪ S‬פתוח ‪Toff -‬‬ ‫‪D‬‬

‫‪•H‬‬

‫‪S‬‬ ‫‪Ns +‬‬

‫‪R>Vfout‬‬

‫;‪V‬‬

‫_ ‪C‬‬

‫‪+ Np‬‬

‫״‪v‬‬

‫איור מ‪ - 2.11 '0‬ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬פתוח‬

‫‪8,‬‬

‫‪O‬‬

‫‪Vs‬‬

‫)‪(21‬‬

‫‪Vp=Vlm2^V,‬‬

‫״‪V,=-V‬‬

‫•‪-^-‬‬

‫=‬

‫)‪(22‬‬

‫)‪(23) Vp=Vlm2=^-(-Voul‬‬

‫נבצע את ‪) Volt Second Balance‬משוואת איזון המתחים( על סליל ‪ Vlm‬ונקבל‪.‬‬

‫‪0‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪\v1m2(t)dt=0‬‬

‫‪ixr‬‬

‫‪[Vlm]{t)dt+‬‬

‫‪DT‬‬

‫‪=0‬‬

‫‪Npr‬‬

‫‪-Vc‬‬

‫‪V, +(T-TDi‬‬

‫‪N.‬‬

‫‪= 0‬‬

‫‪0‬‬

‫•)‪(TD-0‬‬

‫)‪(26‬‬

‫‪VSD -‬‬

‫)‪(27‬‬

‫= ‪KD‬‬

‫)‪(28‬‬

‫‪Voul + -^-DV0U,‬‬

‫)‪^V0lll+(\-D‬‬

‫‪.2.3.4‬‬

‫)‪(25‬‬

‫יתרונות וחסרות של ממיר מסוג ‪Flyback Converter‬‬ ‫יתרונות‬ ‫‪0‬‬

‫ממיר ממותג מסוג ‪ Flyback Converter‬בעל יכולת הנחתת‪/‬הגברת מתח משופרת‬ ‫ביחס לממיר סטנדרטי‪ ,‬מאחר ומתח המוצא תלוי ביחס ליפופי השנאי‬ ‫בנוסף ^ ‪.Duty C y c‬‬

‫‪o‬‬

‫ממיר זה‪ ,‬יוצר בידוד חשמלי בין כניסת המעגל לבין העומס‪.‬‬

‫חסרונות‬ ‫‪o‬‬

‫יחס ליפופי הסליל מוגבל יחסית היות והגדלת יחס זה גוררת בהכרח הגדלת הזרם על‬ ‫הסליל הראשי‪.‬‬

‫‪0‬‬

‫עבור זרם לא רציף בעומס ממיר זה אינו מוריד מתח על פי ‪ D 2‬אלא בצורה הרבה‬ ‫פחות חזקה‪.‬‬ ‫‪9,‬‬

‫‪ .2.4‬ממיר ממותג מסוג ‪) Switched Capacitor Step Down Buck C o n v e r t e r‬הממיר המוצע(‪.‬‬ ‫‪.2.4.1‬‬

‫ה ס ב ר עקרוני‬ ‫ס פ ק י כ ח ט י פ ו ס י י ם מ ס ו ג ‪ DC DC‬מ ס ו ג ל י ם לייצר מ ת ח מ ו צ א ב ת ח ו ם מ ת ח י ם של‬ ‫]‬

‫‪ .v]2-$ 1‬ה מ מ י ר ה מ ו צ א מ א פ ש ר ק ב ל ת י ח ס מ ת ח י ם רחב ככל שנרצה בין מ ת ח ה מ ו צ א‬

‫ל מ ת ח המבוא‪ .‬ה מ מ י ר מ ה ו ו ה שילוב של שני ב ל ו ק י ם ה מ ח ו ב ר י ם ב ט ו ר ו ה נ ש ל ט י ם ע״י א ו ת ו‬ ‫מתג‪ .‬הבלוק הראשון הינו מעגל ה מ ב ו ס ס על ק ב ל מ מ ו ת ג ואילו ה ב ל ו ק השני הינו‬ ‫‪ .Classic Buck Converter‬מ ת ח ה מ ו צ א ה א י ד א ל י של ה מ מ י ר נתון ע״י ה י ח ס‬

‫‪ , Vjn‬כ א ש ר‬

‫‪ n‬מציין א ת מ ס פ ר ה ק ב ל י ם בבלוק ה ק ב ל ה מ מ ו ת ג ‪ .‬מ כ א ן נובע ש ה מ מ י ר הנ״ל נותן פתרון‬ ‫א י ד י א ל י עבור הורדת מ ת ח מ ו צ א באופן ד ר ס ט י ב י ח ס ל מ ת ח ה מ ב ו א ‪.‬‬ ‫באיור מ ס ׳ ‪ 10‬מוצג המעגל העקרוני של ה מ מ י ר ‪:‬‬

‫נבצע א ת ניתוח ה מ מ י ר לפי א ו ת ה גישה וקריטריונים שהשתמשנו עבור מ מ י ר מ מ ו ת ג מ ס ו ג‬ ‫‪Buck‬‬ ‫‪.2.4.2‬‬

‫‪Classic‬‬

‫ניתוח המעגל כ א ש ר ה מ ת ג ‪ S‬סגור ‪T -‬‬

‫איור מסי ‪ - 2.13‬ניתוח המעגל כאשר המתג ‪ S‬סגור‬

‫)‪(30) vc(t) = vc2{t)=vc(t‬‬ ‫‪Vc(t) = VL0(t) + V0‬‬

‫)‪(32‬‬

‫= )‪VL0{t‬‬

‫)‪(32 a‬‬

‫‪Vc(t)-V0‬‬

‫‪10,‬‬

‫)‪K = v^(t)+vc(t‬‬

‫)‪(31‬‬

‫)‪VL:n(t)=Vs-Vc{t‬‬

‫)‪(31 a‬‬

Toff ‫ פ ת ו ח‬S ‫ נ י ת ו ח ה מ ע ג ל כ א ש ר ה מ ת ג‬. .2.4.3 <‫—ר‬rvw> <%

_rvwY_ Lin

L0

C1ZZ Vr

O

^00p2^

Loop 1

C0

02

‫ פתוח‬S ‫ ניתוח המעגל כאשר המתג‬- 2.14 '0‫איור מ‬

VCi{t)=VC2{t)=V(:{t)

(33)

(34)

K=Kjh2Vc(t)

(35)

0=

(34 a)

Kjt)=Vs-2Vc(t)

(35 a)

Vjt)+V0

VLn(t) = -V0

. ‫ ) מ ש ו ו א ת א י ז ו ן ה מ ת ח י ם ( על כ ל א ח ד מ ש נ י ה פ ל י ל י ם‬Volt Second Balance ‫נבצע א ת‬ (36) \VL{t)-dt

m r \vLu(t)dt+\vLm(t)dt m

=0

= o

DVX-DVc(t)+V,-2Vc(t)-DV,

DVc(t)-2Vc(t)

K:(t)=

T

0

TD

(40)

TD{ Vx - Vc (/)} + (T - TD){ - 2VC (/)} = 0 )

TD

(41)

+DVcJt)

=0

(41a)

= -Vs

(42)

TD{Vc(t)-Vnu,}+{T-TD){-Vj

DVc(t)-DVn-V0+DV0=

= £

K (2-D)

‫ מ צ ב י ה מ ת ג‬2 ‫נשווה בין מ ת ח ק ב ל ה מ ב ו א ש ה ת ק ב ל עבור‬

(43)

K

K

D

2-D

11,

0

Switched Capacitor Buck Converter ‫ז ר מ י ם ו מ ת ח י ם ב מ מ י ר מ ס ו ג‬

Switched Capacitor Buck Converter ‫ זרמים ו מ ת ח י ם בממיר מסוג‬- 2 . 1 5 '0‫איור מ‬

12,

.2.4.4

‫‪ .2.5‬סקירת מערכת בקרה‬ ‫‪.2.5.1‬‬

‫שיטות ב ק ר ה נפוצות‬ ‫בסעיף זה נביא ס ק י ר ה ק צ ר ה על שלוש שיטות ב ק ר ה נפוצות‪:‬‬ ‫‪ - Pulse Frequency Modulation (PFM) o‬בשיטה זו מיתוג ה מ ת ג מ ת ב צ ע ב מ ח ז ו ר‬ ‫של ‪ ,(Duty Cycle = 0.5) 50%‬עד ש מ ת ח ה מ ו צ א מתייצב‪.‬‬ ‫ש י ט ה זו הנה מ ן ה ש י ט ו ת הפשוטות ביותר‪ .‬ברגע ש מ ת ח ה מ ו צ א שונה מ ה מ ת ח הנדרש‪,‬‬ ‫מעגל ה ב ק ר ה משנה א ת התדירות שבה מ ת ב צ ע המיתוג של המתג‪ ,‬ובעקבות כך ר מ ת‬ ‫מ ת ח ה מ ו צ א חוזרת לרמה הנדרשת‪.‬‬ ‫תהליך בחירת ה ס ל י ל בשיטה זו הנו מ ס ו ב ך בעקבות כך שהגליות של ה מ ת ח יכולה‬ ‫להיות מ א ו ד גבוהה‪ .‬דבר זה אלול לגרום להיווצרות רעשים אשר יכולים להשפיע‬ ‫ישירות על העומס‪.‬‬ ‫‪ - Current Limited Pulse Frequency Modulation o‬ש י ט ה זו די ד ו מ ה ל ש י ט ת‬ ‫^‪ .PFM‬ה ה ב ד ל בא לידי ביטוי בכך ש ב מ ק ו ם ל ה ש ת מ ש ב ־ ‪ Duty Cycle = 0.5‬כ א ש ר‬ ‫יש ס ט י י ה מהנדרש‪ ,‬מ ת ג נפתח עד אשר זרם על הסליל מגיעה לנקודה שנקבעה מראש‪.‬‬ ‫ברגע ש ה ז ר ם על הסליל מגיע לנקודה זו‪ ,‬ה מ ת ג נסגר לפרק זמן קבוע שלאחריו ה ו א שוב‬ ‫נפתח‪ .‬המעגל מבצע דגימה וכל ה ת ה ל י ך חוזר חלילה‪.‬‬ ‫עקב כך שבשיטה זו ה ז ר ם ה מ ק ס י מ א ל י על הסליל קבוע‪ ,‬בחירה של ה ס ל י ל ה מ ה ת ה ל י ך‬ ‫הרבה יותר פשוט‪ .‬כמו כן הגליות ב ש י ט ה זו ק ט נ ה י ח ס י ת לשיטת ה ‪ ,PFM -‬א ך למרות‬ ‫ז א ת עדיין ק י י ם רעש שמשפיע על העומס‪.‬‬ ‫‪ - Pulse Width Modulation (PWM) o‬בשיטה זו נהוג ל ה ש ת מ ש בתדר מיתוג קבוע‬ ‫וב ־ ‪ Duty Cycle‬מ ש ת נ ה ב ה ת א ם לגודל ה ע ו מ ס שנרצה לחבר למעגל‪.‬‬ ‫ש י ט ה זו נותנת פתרון טוב‪ ,‬יחסית‪ ,‬עבור ת ח ו ם רחב של ע ו מ ס י ם עקב כך שהנצילות‬ ‫ה מ ת ק ב ל ת די גבוהה‪.‬‬ ‫יתרון נוסף של ה ש י ט ה זו הנו ס פ ק ט ר ו ם הרעש ש מ ת ק ב ל הנו צר‪ ,‬י ח ס י ת לשיטות‬ ‫אחרות‪ ,‬ולכן בקלות ניתן לבנות מסנן מעביר נ מ ו כ י ם ) ^ ] ( להורדת ר מ ת הגליות של‬ ‫המתח‪.‬‬ ‫ז א ת ה ס י ב ה לכך שבמערכות בהן ק י י מ ת חשיבות גבוהה לאי היווצרות הרעש נפוץ‬ ‫מ א ו ד השימוש בשיטה זו‪.‬‬

‫‪.2.5.2‬‬

‫‪Sliding Mode Control‬‬

‫‪.2.5.2.1‬‬

‫רקע‬ ‫בקרים מ ה ס ו ג ) ‪ Sliding Mode ( S M‬תוכננו ונבנו ב מ ק ו ר עבור מערכות בעלות מ ב נ ה‬ ‫מ ש ת נ ה ‪ .Variable Structure Systems (VSS) -‬מכיוון שממירי מ ת ח ‪DC-DC‬‬ ‫מאופיינים בכך ש ק י י מ י ם ב ה ם רכיבי מיתוג‪ ,‬אין ס פ ק שניתן לכלול א ת ה מ מ י ר י ם‬ ‫הנ״ל בקבוצת ה ‪ .VSS -‬זו א ח ת ה ס י ב ו ת לכך שבממירי ‪ DC-DC‬מ ת ב ק ש השימוש‬ ‫בבקר מסוג ‪ .SM‬זה נכון במיוחד עבור מ מ י ר י ם ה מ ו ר י ד י ם מ ת ח )‪Buck‬‬ ‫‪ ,(Converters‬הפועלים ב ת ח ו ם רציפות ה ז ר ם ולהם מ צ ב י ם קונטרולביליים רציפים‬ ‫הניתנים ל מ ד י ד ה ) מ ת ח מ ו צ א ונגזרת שלו לפי זמן(‪.‬‬

‫‪13,‬‬

‫‪.2.5.2.2‬‬

‫שלבי תכנון ב ס י ס י י ם‬ ‫תכנון של ב ק ר מ ס ו ג ) ‪ ( S M‬מ ת ב צ ע במישור ה פ א ז ו ת וכולל ‪ 2‬שלבים ב ס י ס י י ם ‪:‬‬ ‫‪ .1‬בשלב ראשון נדרש ל ה ק ט י ן ככל הניתן א ת ה ס ד ר של ה מ ע ר כ ת ולייצג א ו ת ה ע״ג‬ ‫מישור ה פ א ז ו ת ‪.‬‬ ‫ייצוג ז ה נ ק ר א מ ש ט ח ה ח ל ק ה ‪.Sliding Surface -‬‬ ‫מ ש ט ח ה ה ח ל ק ה צריך ל ת ת מ ע נ ה לדרישות תכנון כגון ז מ ן ה ת י י צ ב ו ת ‪ ,‬יכולות‬ ‫ע ק י ב ה וכד׳‪ .‬נהוג ל ה ש ת מ ש ב ת א ו ר י י ה של ב ק ר ה א ו פ ט י מ א ל י ת לתכנון מ ש ט ח‬ ‫ההחלקה‪.‬‬ ‫‪.2‬בשלב שני בונים א ת ח ו ק ה ב ק ר ה ‪ .‬מ ט ר ת ו של ח ו ק ה ב ק ר ה הינו לאלץ א ת ה מ ע ר כ ת‬ ‫להגיע ב מ ה י ר ו ת ל מ ש ט ח ה ה ח ל ק ה וברגע ש ז ה ק ו ר ה ״ ל ה ח ל י ק ״ על ג ב י ו ) מ כ א ן ה ש ם‬ ‫של ש י ט ת ב ק ר ה זו(‪.‬‬ ‫על מ נ ת ליישם זאת‪ ,‬נהוג ל ה ש ת מ ש ברכיב לינארי וברכיב ל א רציף)כגון השהיה(‪.‬‬ ‫מ ט ר ת ו של ה ר א ש ו ן הינה לאלץ א ת ה מ ע ר כ ת להגיע ל מ ש ט ח ה ח ל ק ה ‪ .‬כ א ש ר‬ ‫ה מ ע ר כ ת מ ג י ע ה ל מ ש ט ח ה ח ל ק ה ‪ ,‬הרכיב ה ל י נ א ר י מ ת א פ ס ולא מ ש פ י ע יותר‪.‬‬ ‫מ ט ר ת ו של הרכיב בעל א י הרציפות הינה לדאוג לכך ש ה מ ע ר כ ת ת ח ל י ק ע״ג מ ש ט ח‬ ‫ה ה ח ל ק ה ‪ ,‬ת פ צ ה על שינוי ה פ ר מ ט ר י ם ה פ נ י מ י י ם ו ת י ת ן מ ע נ ה להפרעות חיצוניות‪.‬‬ ‫באיור ‪ 2.16‬מ ת ו א ר מישור ה פ א ז ו ת ועליו מ ש ט ח ה ח ל ק ה ו ע ק ו מ ו ת ה מ ת א ר ו ת מ מ י ר‬ ‫מ מ ו ת ג מ ס ו ג ‪. Classic Buck Converter‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫)‪V (Volts‬‬ ‫איור מ ‪ - Sliding Mode Control - 2 . 1 6 ' 0‬ת א ו ר עקרוני‬

‫‪14,‬‬

‫‪.2.5.2.3‬‬

‫יתרונות וחסרות של ‪Sliding Mode Control‬‬ ‫יתרונות‬ ‫‪ o‬יציבות מאוד גבוהה עבור תחום רחב של עומסים‪.‬‬ ‫‪) Robustness o‬מערכת רובסטית( ‪ -‬עמידות בפני שינויים לא רצוניים בתדר המיתוג‬ ‫כתוצאה מהפרעות חיצוניות ורעשים אלקטרומגנטיים‪.‬‬ ‫‪ °‬תגובה דינאמית טובה‪.‬‬ ‫® יישום מעשי של שיטת הבקרה יחסית פשוט‪.‬‬ ‫חסרונות‬ ‫‪ 0‬תלות של תדר המיתוג בנקודת העבודה כתוצאה מתופעת ההיסטרזיס‪.‬‬ ‫‪ 0‬חשיפה לשגיאות במצב מתמיד ביציאה כתוצאה משינוי במשתני מצב במהלך‬ ‫תהליך הבקרה‪.‬‬

‫‪15,‬‬

‫‪ .3‬תכנון חשמלי של תתי מערכות בממיר‪ ,‬סימולציה של ערוץ הספק‬ ‫בחוג פתוח ובחוג סגור‬ ‫‪ .3.1‬שרטוטים של תתי מערכות‬ ‫‪.3.1.1‬‬

‫‪Power Supply Unit‬‬ ‫תפקיד של יחידה זו‪ ,‬לספק מתח לכלל המערכת‪ .‬ה ‪ PSU‬יתחבר לרשת חשמל סטנדרטית‪.‬‬ ‫בעזרת שנאי תתבצעה הנחתת המתח ל ]‪ . F]12‬בעזרת גשרי דיודות מתבצע ישור הזרם‬ ‫מזרם חילופין לזרם ישר‪ .‬בנוסף יכלול ה ‪ PSU‬רכיבים נוספים כגון מייצבי מתח‪ ,‬נתיחים‬ ‫ומחברים‪ .‬ביציאה אנו מקבלים אפשרות לחיבור צרכנים שונים‪:‬‬ ‫ערוץ אחד עבור ]‪ I2[v‬וערוץ נוסף מפוצל שבו קיימת אפשרות לחבר גם ]‪. F]5‬‬

‫‪16,‬‬

‫‪.3.1.2‬‬

‫‪PWM Controller‬‬ ‫תפקידו של בקר מסוג ‪ PWM‬הנו לשלוט על רמת המתח הרצוי ביציאה באמצעות שינוי‬ ‫ובקרה על רוחב הפולס‪ .‬בקר זה מ ב ו ס ס על צ׳יפ מסוג ‪ KA3525A‬בעל ‪ 16‬רגליים‪ .‬צ׳יפ זה‬ ‫הינו מעגל מונוליטי משולב הכולל א ת בלל המעגלים הדרושים לבקרה על רוחב הפולס‪.‬‬ ‫למעגל מאפיינים ויכולות רבים‪ :‬כניסת מ ת ח ייחוס‪ ,‬מגבר סטיות‪ ,‬בקר רוחב הפולס‪ ,‬נעילת‬ ‫ת ת מתח‪ ,‬אוסצילטור‪ ,‬מעגל להתנעה רכה‪.‬‬

‫‪17,‬‬

‫‪.3.1.3‬‬

‫‪Driver‬‬ ‫לרכיב זה שני תפקידים עיקריים‪ :‬להגביר א ת ה ס פ ק הפולס המגיע מ ב ק ר ‪ PWM‬על מנת‬ ‫להפעיל א ת המתג של הממיר‪ ,‬ולהוות מבודד רעשים חשמלים בין בקר ‪n‬־‪ PWM‬לבין ערוץ‬ ‫ההספק‪ .‬ה־ ‪ Driver‬מורכב ממצמד אופטי)דיודה פוטואלקארית וגלאי פוטואלקטרי(‬ ‫שתפקידו לבודד א ת הערוצים‪ ,‬כפי שתואר קודם‪ .‬בנוסף מכיל ‪ D r i v e r s‬טרנזיסטור דו‬ ‫קוטבי‪ ,‬מסוג ‪ 2N22‬שתפקידו להגביר א ת האות המוחלש ביציאה מ ה מ צ מ ד ולהעבירו‬ ‫למגבר דוחף‪ .‬מגבר דוחף מסוג ‪ ,IR2110‬ה מ ו ת א ם לתדרים גבוהים‪ ,‬בעל מבנה פנימי‬ ‫‪.‬המאפשר דחיפת שער של רכיב ‪.MOSFET‬‬

‫‪18,‬‬

‫‪.3.1.4‬‬

‫‪Power Channel‬‬ ‫שרטוט זה מתאר את היישום המעשי של מעגל הממיר המוריד מתח מסוג‬ ‫‪ .Switched Capacitor Step Down Buck Converter‬הממיר יורכב משלושה קבלים‪ ,‬זוג‬ ‫סלילים‪ ,‬ארבע דיודות וטרנזיסטור מסוג ‪ .IRF540‬כמו כן המעגל יכלול רכיבים נוספים‬ ‫כגון פיוזים‪ ,‬מחברים וקולטי חום‪ .‬במעגל זה קיימת הכנה לחיבור מעגל הבקרה‪.‬‬

‫‪19,‬‬

‫הסימולציות בוצעו בתוכנת‪ OrCad 10.5‬בעזרת יישום ‪.PSpice‬‬ ‫כלל הסימולציות בוצעו עבור הנתונים הבאים ‪Vjn = 12[F]; D = 0.3; R0 = 0.5[Q]:‬‬

‫איור מ‪ - 3.5 '0‬מעגל הסימולציה לערוץ הספק בחוג פתוח‬

‫‪ 1‬ר ל‬

‫י־יי־די־יייייי‬

‫^ * י י״‬

‫ד* י•* יי* >י יי• י״*י־«יייי‬

‫‪8.QA-T‬‬

‫‪A‬‬ ‫‪(WWWW‬‬

‫‪VW/‬‬

‫•‪4. OA‬‬

‫‪WW‬‬ ‫‪rX‬‬

‫‪s M‬‬ ‫‪ ilUli‬״‪Ll.. ,pun‬‬ ‫‪tttWlWW‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪M‬‬ ‫‪111‬‬ ‫‪11Mltti‬‬ ‫‪vw‬׳‬ ‫‪| wM‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪*V M‬‬ ‫* ‪m IP•III‬‬

‫—‪1‬‬

‫" ‪tyllf AtWt11 J f‬‬ ‫‪M‬‬ ‫‪M‬‬ ‫‪IVI‬‬ ‫ויי‬ ‫)‪idj2‬‬ ‫‪M‬‬ ‫‪[p-‬‬

‫ן‬

‫‪y‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪/‬‬

‫‪OA‬‬‫)‪ KLl‬ם‬ ‫^‪2.5‬‬ ‫‪2.0V-‬‬

‫» —‬

‫‪—:‬‬

‫‪r‬‬ ‫‪1.0V-‬‬

‫‪3.Ore‬‬

‫‪2.5HB‬‬

‫‪2.Ons‬‬

‫‪1.5ms‬‬ ‫‪Lire‬ל‪1‬‬

‫‪20,‬‬

‫‪1.Chts‬‬

‫‪0.5ms‬‬

‫!כ‬

‫»‪SEL‬‬ ‫‪OV‬‬‫‪Cs‬‬ ‫)‪• V(R:2‬‬

‫‪.3.2.2‬‬

‫זרמים במצב מתמיד‬

‫)‪d I(C2) • I(C1‬‬

‫)‪ KD‬ם‬ ‫‪3.750A‬‬

‫)‪ I(L2‬ם‬

‫‪2.94ms‬‬ ‫)‪ I(L1‬ם‬

‫‪21,‬‬

‫מתחים במצב מתמיד‬

.3.2.3

:;:!;:;:;:!;:!;!:‫;;ו‬:;:: H

SEL»

‫—•ם״‬

-t"

-01‫־‬

d V (D: 2)

‫ ם‬V(L1:2)‫ ־‬V(LI:1) 0 V(L2:2)‫ ־‬V(L2:1)

dV(C1:2)-V(C1:1) •V(C2:2|‫־‬V(C2:1) 15V• 10V• 5V-

2.94ms

2.98ras

2.95ms

dV(S1:1)-V(S1:3) Time

22,

3.00ms

‫‪ .3.3‬סימולציות ערוץ הספק בחוג סגור‬ ‫תאור מעגל הממיר עם משוב‬

‫‪.3.3.1‬‬

‫באיור ‪ 3.6‬מתואר מעגל הממיר‪ ,‬שעליו בוצעה הסימולצייה‪ ,‬עבור מקרה של‬ ‫חוג סגור‪ .‬גם כאן‪ ,‬כמו במקרה של חוג פתוח‪,‬שיטת ‪ PWM‬מיוצגת באמצעות‬ ‫מתג הנשלט באמצעות מקור פולסים ברמה מסויימת‪ .‬במעגל המעשי‪ ,‬ט ת‬ ‫הפונקצייה הזו ממלא רכיב ‪ .KA2535‬בתוך רכיב זה‪ ,‬נמצא גם מגבר‬ ‫אופרטיבי)אשר כאן מיוצג כרכיב ‪ .(LM324‬השיטה שמוצגת כאן‪ ,‬מתארת‬ ‫בקר ‪ ,PI‬אשר דוגם מתח מוצא ובהתאם משנה את רוחב הפולס של ‪.PWM‬‬ ‫הסימולציות בוצעו עבור הנתונים‬ ‫הבאים‪D = 0.3; R0 = 0.5[QJ Cf = 0.05[«Fl Rf = 1 [kh\:‬‬

‫\‪Vin = \2\V‬‬

‫‪S1‬‬

‫‪VOFF = 0.0V‬‬

‫‪12‬‬ ‫‪JjVYYVi.‬‬

‫‪ 0VON = 0.5V‬־‬

‫‪200u‬‬ ‫‪R3‬‬ ‫‪9k‬‬

‫‪R‬‬ ‫‪0.5‬‬

‫‪C3‬‬ ‫‪50u‬‬

‫‪C1‬‬ ‫‪50u‬‬

‫‪0‬‬ ‫‪Dbreak‬‬

‫‪V6‬‬

‫‪R2‬‬ ‫‪10k‬‬

‫‪9,‬‬

‫—‪12Vdci‬‬

‫‪Dbreak‬‬ ‫‪D3‬‬

‫‪R4‬‬

‫‪1K‬‬

‫‪C2‬‬ ‫‪50u‬‬ ‫‪C4‬‬

‫‪R7‬‬

‫‪X‬־‬

‫‪T‬‬

‫‪0.5uF‬‬

‫—‪AAAr-‬‬ ‫‪1k‬‬

‫‪R5‬‬

‫•‪-AMr‬‬

‫‪U1A‬‬ ‫‪LM324‬‬

‫‪U‬׳׳‬

‫‪_L‬‬ ‫‪V2‬‬

‫‪5k‬‬

‫— ‪ O‬־‬ ‫‪V5‬‬ ‫‪1.5V‬‬

‫‪1‬‬

‫ ‪- W v‬‬‫‪5k‬‬

‫‪TD = 0‬‬ ‫‪TF = 01 u‬‬ ‫‪PW = 6u‬‬ ‫‪PER = 20u‬‬ ‫‪V I = 0.1‬‬ ‫‪TR = 01 u‬‬ ‫‪V2 = 12‬‬

‫‪V4‬‬ ‫‪9V‬‬

‫איור מ‪ - 3.6 '0‬מעגל הסימולציה לערוץ ה ס פ ק בחוג ‪0‬גור‬

‫‪23,‬‬

‫‪D1‬‬ ‫‪Dbreak‬‬

‫‪D2‬‬ ‫‪Dbreak‬‬

‫‪0‬־‬

‫ מעגל הממיר בחוג סגור‬- ‫ תהליכי מעבר‬.3.3.2 2.0V . —

..

1.0V

SEL» OV• ....... — -

m ,if

• OA•

/

WWVfNVM

WWm m w* wt m m m m

uywWWVvwvMY yw

fffr

tp— —‫ך‬

.J, OA-f 03 o I (Ll) « I (L2)

Ujj-

i

!!‫״ן‬

Pi pwi i w P1 ‫ ן‬i #1 Iff§ 1ua

24,

‫רשימת רכיבים‬3.4

Reference

Description

Specification

Remarks

Qty

SW101

Switch SPDT

220V 1A

1

T101

Transformer

220V to 12V

1

0.1A Output for PCB mounting

D101.D102

Diode Bridge

WS005

2

0.5A

C101.C103

Capacitor

1000pF, 50V

2

Electrolitic

C102.C104

Capacitor

0.1uF, 50V

2

U101.U102

Regulator

L7812

2

U103

Regulator

L7805C

1

F101.F102

Fuse

0.5A, 220V

2 2

Fuse Holder Connector

2 s 1A

3

R201

Pot

5kO 0.25W

1

R202

Resistor

3.3kO 0.25W

1

R203

Pot

10k0 0.25W

1

R204

Resistor

1000 0.25W

1

R205

Resistor

1.2MQ 0.25W

1

R206

Resistor

3 . 5 « n 0.25W

1

R207

Resistor

10kn0.25w

1

C201

Capacitor

0.01 uF, 50V

1

D201.D202

Diode

1N4148

U201

SMPS Controller

KA3525A

1

R301

IC PCB Socket

Dip 16 pin

1

Connector

2 s 1A

1

Resistor

1kn 0.25W

1

R302, R303

Resistor

4k£l 0.25W

C301

Capacitor

0.01 pF, 50V

1

C302

Capacitor

1pF, 50V

1

D301

Diode

1N4148

1

Q301

Transistor

2N2222

1

IOS201

OPIC Photocoupler 6N137

1

U301

MOSFET Driver

IR2110

1 1

IC PCB Socket

Dip 16 pin

Connector

2 s 1A

SW401

Switch SPDT

220V 5A

1

F101.F102

Fuse

220V, 5A

1 1

Fuse Holder C401.C402, C403

Capacitor

50pF, 50V

C404

Capacitor

30nF, 50V

1

L401

Inductor

20|jH, 3A

1

L402

Inductor

200gH, 10A

1

R401

Resistor

9kO 0.25W

1

R402

Pot

1kO 0.25W

1

R403

Resistor

200, 5W

1

D401, D402, D403, D404

Diode

1N4148

4

Q401

Transistor

IRF540 20A, 100V

1

Connector

2 s 1A

4

Universal BCB

10*20 cm

2

For PCB mounting

PCB mounted timmer

For PCB mounting

Hit Sink

For T 0 2 2 0 package

2

For Q401, D404

Connector

220V Power

1

Box mounted

Soft Ferrite

EC70-3C85

4

‫‪ A‬מציאת פונקצית תמסורת של הממיר בשיטת ‪Averagings‬‬ ‫נגדיר את )‪ d(/‬כפונקציה)תלויה בזמן(‪ ,‬המתארת את מצב הטרנזיסטור של ממיר‪ ,‬אשר עבורה ניתן‬ ‫לרשום כי \ = )‪ d(t‬במשך‬

‫‪joff =(l-D)Ts‬‬

‫‪ ton=DTs‬ו־ ‪ d{t) = 0‬במשך‬

‫את המשוואות במישור הזמן המתארות את מצב ההולכה של הממיר במשטר רציף ניתן לרשום כך‪:‬‬ ‫‪J ^ +‬‬ ‫‪ot‬‬

‫‪(\-d)-2Vc+dVc=Vm‬‬

‫‪L‬‬

‫)‪(4.1a‬‬

‫‪dVc-V0‬‬

‫= ‪(4.3a) Ln^-‬‬ ‫‪ot‬‬

‫"‬

‫‪v‬‬

‫‪Rn‬‬

‫‪" dt‬‬

‫י‬

‫נשתמש במשוואה )‪ . X = X + x(t‬נבצע השמה של משוואה זו בקובץ המשוואות שתוארו מעלה‪,‬‬

‫‪(Vc + vM=V1rl‬‬

‫)‪+vin(t‬‬

‫׳(־‪.‬‬

‫‪d(4‬‬

‫‪+‬‬

‫ע ( ‪(/))}• 2. (K + v c ( / ) ) +‬‬

‫* ‪+? . « ) { ( 1 ) 1‬‬

‫>‪i M - l - t P +*f)M‬‬

‫))׳(״‪))-(K,+v‬׳(‪+i‬‬

‫נשתמש בעובדה‬

‫׳(״(* ‪+‬‬

‫‪:‬נמשיך‬

‫ש‪:‬‬

‫‪(4.26) C±(V.‬‬

‫‪+‬‬

‫^ ( • ) ) ‪ M ( ,‬־ ) ) < ( ״ ‪ ( / . + /‬־ ‪4.36)) /,, I‬‬ ‫‪Ot‬‬ ‫‪j~(Vn‬־))'(״‪ ( / ) ) = ( / 0 + /‬״ ‪v‬‬ ‫‪Kn‬‬

‫‪+vM‬‬

‫‪ = 0‬־־‪ 4‬ו‪-‬‬ ‫‪ot‬‬

‫‪- (d +‬״)‪4.16)) l M 1 , + / , 1 }+( /‬‬ ‫‪ot‬‬

‫‪+‬‬

‫‪Ol‬‬

‫>(‪(4.46) C‬‬

‫‪ x(t)-d{t)=0‬ונרשום את המשוואות כך‪:‬‬

‫)‪(4.1c‬‬

‫<‪y‬׳(‪. +Dv,(l)+j‬־׳‪))+0‬׳(‪,‬׳;‪ +‬׳ ! ( • } ) ׳ ( } • ‪+ 2 { l - D -‬‬

‫לבצע פעולות אלגבריות על המשוואות ונקבל‬ ‫^‪2-^c+vc{t)-DVc-DvXt)-d{t)v}j+Dv^d{t)Vc‬‬

‫^^‪(4Ad) Lin‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪dt‬‬

‫)‪d(t)lin-d(t)la‬‬

‫‪ Dim {t) - Dl(l - Dijn (t) +‬־ ״ ‪4 ( d / ,‬‬ ‫‪£‬‬

‫‪= Im+i1n(t)-DIm‬‬

‫‪-Di(t)-d(t)l1n‬‬

‫)<( ‪ ) + d ( , ) 1 • - y, - i .‬׳‬

‫‪o‬‬

‫‪26,‬‬

‫)<‬

‫)‪* 0;1‬‬

‫^‬ ‫‪dt‬‬

‫‪(4.2 d) C‬‬

‫‪(4.3
LmdhM dt

(4Ae)

(4.2,) C

+

^ dt

2Vc+2vSt)-2DVc-2DvXt)-2d{t)Vc+DvXt)+d{t)Vc

= Iin

+iin(t)-DIln

-Dim(t)~d(t)lin

ADIm

+ DVC = Vm + v‫״‬,(/) -X-Dim(t)-'-DI0-

‫־־‬Dim(t)+±d(t)lin-]-d{t)l0 ( 4 . 3 e ) L‫ ״‬m

‫ ־‬DVC + DvAt)+d(l)l\

‫'׳( ־‬,, ‫־‬

‫)׳(״״‬

dt

*‫״‬

dt

‫כך‬

‫סופי נרשום‬ 1•4)/)A

2 dt

+

‫״‬

K

+ 2vc. ( / ) - DF C - Dv c (/) - d(t)Vc = Vm + v ‫ ״‬, ( / )

C

(4.2/) c ^ ) ‫ ־‬/ , ‫ ״‬+/,‫)<(״‬-ID/‫ ״‬- I f l / ‫ ( ״‬, ) - I d ( , ) / , ‫״‬ 4 . 3 / ) /.,.

‫)־‬

DV.: + D i , ( / ) +
dt K

‫י‬

"

- I f l / ‫ ־ ) ׳ ( ״‬o/,‫״‬

0

dt

nW

i?n

/?‫״‬

‫ לתוך קבוצה ראשונה ייגזרו משוואות‬.‫ קבוצות‬2 - ‫ נפריד ל‬,‫ ( שקיבלנו‬4 . 1 / ) - ( 4 . 4 / ) ‫א ת המשוואות‬ .AC ‫ ולקבוצה השנייה עבור‬DC ‫עבור‬ :DC ‫משוואות‬ {A.\g)2Vc-DVc=Vin

=>

Vc(2-D)=Vin

(4.2g) 0 = / , ‫ ״‬- 1 / ‫ נ‬/ ‫ ״ ׳‬- 1 £ / ‫״‬ 4.3)g) 0 = £>FC (4.4g) 0 = I

0

=j:

(4.5)

V‫״‬ V,.

=> D

4

.

1

D 2

-D

27,

)

‫משוואות ‪:AC‬‬ ‫)‪vc{t)-Dvc{t)-d{t)Vc=vin{t‬‬

‫)‪dL(t‬‬

‫‪+ 2‬‬

‫״‪(4.1*) L‬‬

‫‪01‬‬

‫‪^ m - \ D i , , M ) - \ j ( ! ) > ,‬‬ ‫)‪K-i,(.‬׳(‪i‬״‪W‬‬

‫‪d‬‬ ‫‪c‬‬

‫)‪(4.2/1‬‬

‫; ‪ f l‬־ ‪(4.3/J) t , # i‬‬ ‫)‪(4.4,‬‬

‫= ^ ך ;)‪*(/)x(5‬‬

‫נעבור למישור לפלס באמצעות‬

‫)‪ ,{S‬׳ ‪ W + 2 V c ( J ) - D V c ( j ) - < J ( * K = V‬״ ‪ 4‬״ ‪(4.1/) I ,‬‬ ‫‪-\Dl(s)-\d{s)l0‬‬

‫=‬

‫)‪(4.2/‬‬

‫=‬

‫)‪(4.3/‬‬

‫ ‪(4.4/) C a s v 0 ( s ) = f M‬‬‫מטרתנו בשלב זה‪ ,‬למצוא את פונקציות התמסורת הבאות‪:‬‬ ‫־ ״ ‪(4.6) G ,‬‬ ‫‪> 0‬י‪) 4‬״(‪.‬‬ ‫)י ‪( ,‬״'‬

‫־ ״ ‪(4-7) G 4‬‬

‫‪,‬״‪Z (4.17,,4‬‬ ‫‪ D)iin ( j ) - 2scvc {s) - Dia (5) = 0‬־ ‪(2‬‬ ‫=)))‪4.3y‬‬

‫‪0‬‬

‫(‬

‫)‪(4.27‬‬

‫‪Dvc{s)-sL0io(s)-vo(s‬‬

‫‪ ( , ) - Cns‬״ ‪/‬‬

‫‪va(s)= 0‬‬

‫);‪(4.4‬‬

‫״‪R‬‬

‫את מערכת המשוואות שקיבלנו נציג כך‪:‬‬

‫)‪IXs‬‬ ‫‪0‬‬

‫‪VcW‬‬

‫‪0‬‬

‫‪/.w‬‬

‫‪0‬‬

‫‪V.W.‬‬

‫—‬

‫־‬

‫—‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2 -D‬‬

‫‪ sLm‬י‬

‫‪0‬‬

‫‪-D‬‬

‫‪-2 sC‬‬

‫‪2-1D‬‬

‫‪-1‬‬

‫‪- sL0‬‬

‫‪sCq‬‬

‫•‬

‫‪1‬‬

‫‪R0‬‬

‫‪28,‬‬

‫‪D‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪S‬‬

‫‪5‬‬

‫) ( ‪ x l‬־־־®‪^4x4 ' *( Xxl4‬‬

‫בעזרת תכנת ‪ MathCad‬נמצא את דטרמיננטה של מטריצת המקדמים ‪: A‬‬ ‫‪+‬‬

‫ל‪7‬‬

‫'״‬

‫'י‬

‫‪-4‬‬

‫׳«‬

‫‪^-s‬״‪s2-CnD2Lms2-4DL‬״‪D-D2-4L0^-s-2CLins2-4CnL0s2-CnD2L‬־ ‪detM4‬‬ ‫׳‪«.‬‬

‫>‪i‬‬

‫‪if‬‬

‫><‬

‫‪n‬‬

‫‪Ifl‬‬

‫‪R0‬‬

‫‪+ 4C0DLns2‬‬

‫‪-D2L0^s-D2Lin^-S-2CLnLin^-S'-2CC0L0Ln/‬‬ ‫‪Jl‬‬ ‫‪1V‬‬ ‫‪R,‬‬ ‫‪Rn0‬‬ ‫‪0‬‬

‫נוציא מהמשוואה את מקדמי פולינום הדטרמיננטה ונקבל‪:‬‬ ‫‪an=-D2‬‬

‫‪+4D-4‬‬

‫‪ — - D2L — - D2L‬״‪a, = -41, — + 4£>Z‬‬

‫—‬

‫‪°A‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪"0‬‬

‫״‪R‬‬

‫״‪A‬מ "‬

‫‪n‬‬

‫‪2‬‬

‫״‪-D CnLn-D2C0Lin-4DC0L‬‬ ‫—‬

‫‪a2 = -2CLin-4CnLn‬‬ ‫‪L‬‬

‫—‪a2‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪= o in‬‬ ‫‪C L‬‬ ‫‪ D‬י‬

‫‪Lin‬״‪a4 = -2 CCnL‬‬

‫נחלק את כולם ב )‪ , ( - 2‬נכנס איברים ונקבל‪:‬‬

‫‪Rn‬‬

‫‪2‬‬

‫‪R0‬‬

‫‪2‬‬

‫״‪C‬״! ‪a2 = CLm +1 D2LmCn +1 (2 - D)2‬‬ ‫_‪J‬‬

‫‪,An‬‬

‫‪L‬‬

‫‪o‬‬

‫‪C C‬‬

‫= ‪«4‬‬

‫באופן סופי נרשום כך‪:‬‬ ‫*‬

‫*‬

‫‪s + a0‬‬

‫‪+‬‬

‫‪* 2‬‬

‫‪+ a 2s‬‬

‫‪* 3‬‬

‫‪+ a 2s‬‬

‫‪* 4‬‬

‫ך ‪ .‬־ !‬

‫‪,‬‬

‫‪aQ\.\A\ = a As‬‬

‫כעת נפיל את חוק קרמר על מנת למצוא א ת )*•( ״‪ l‬י־)?( ״‪• v‬‬

‫״‬ ‫‪-sC0—-‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪-D‬‬ ‫‪- s L 1 -‬‬

‫‪Rn‬‬

‫‪00‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2-D‬‬

‫‪1‬‬

‫‪- 2 sC‬‬

‫‪0‬‬

‫‪D‬‬

‫‪A = 0‬‬

‫‪1‬‬

‫‪det[^, ] = -C0D2S - — D 2 - 2 C C 0 L 0 S 3 - 2 C L n — s2-2 Cs‬‬

‫״‪R‬‬

‫נוציא מהמשוואה את מקדמי פולינום הדטרמיננטה ונקבל‪:‬‬

‫‪29,‬‬

‫‪R.,‬‬

‫‪0‬‬

‫‪= - 2 C - D 2C‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪0‬‬

‫‪R‬‬

‫‪b2 = -2CL‬‬ ‫‪b3 = -2CC‬‬

‫‪0L,‬‬

‫נחלק א ת כולם ב )‪ , ( - 2‬נכנס איברים ונקבל‪:‬‬

‫‪2R‬‬

‫= ‪b:‬‬

‫‪1 2‬‬ ‫— ‪b\1 = C +‬‬ ‫‪D C0‬‬ ‫‪2‬‬ ‫_‪J‬‬ ‫‪b2 = CL0 Rn‬‬ ‫‪bl = CCaL0‬‬ ‫באופן סופי נרשום כך‪:‬‬ ‫‪+ b2s +b!s + b0‬‬ ‫נמשיך ונמצא‪:‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2-D‬‬

‫‪0‬‬

‫‪-D‬‬

‫‪- 2 sC‬‬

‫‪0‬‬

‫‪-sLc‬‬

‫‪D‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪sLm‬‬

‫‪-2D‬‬

‫‪2-D‬‬ ‫= ‪4‬‬

‫‪det[^4]=D2‬‬

‫למשוואה זו מ ק ד ם יחיד של פולינום מסדר ‪: 0‬‬

‫‪en=D2-2D‬‬ ‫נחלק אותו ב )‪ , ( - 2‬נכנס איברים ונקבל‪:‬‬ ‫)‪en=\D{D-2‬‬ ‫באופן סופי נרשום כך‪:‬‬ ‫‪det[^4 1 = e0‬‬ ‫כעת נוכל לחזור למטרת פיתוח זה ולרשום כך‪:‬‬

‫'‬

‫‪63V + b'2s2 +b's + b*0‬‬ ‫‪•4‬‬ ‫ן•‬ ‫ל «‬ ‫*‬ ‫‪a4s +djS + a2s‬‬ ‫‪+‬‬

‫)‪n(s‬‬

‫\ ‪/‬‬ ‫)‪,(5‬‬ ‫)‪CV‬‬

‫*‬

‫*‬

‫ו‬

‫‪+ a] s + a0‬‬

‫‪30,‬‬

‫*‬

‫‪2‬‬

‫•‬

‫‪* 4‬‬

‫‪+a2s‬׳‪a^s +a3s‬‬

‫\‬

‫(‬

‫‪,(sj‬‬

‫)‪(4.8‬‬ ‫‪(4-9) G,v =IIn‬‬

‫נציב ערכים ששימשו אותנו בסימולצייה של מודל הממיר‬ ‫;־‪C = 20xl06‬‬

‫; ־‬

‫‪6‬‬

‫‪ x l 0‬״ ‪6; £‬־‬

‫= ‪ x l 0 2 0 0‬״‬

‫= ‪vm = 12; V0 =3.6; I , 2 0‬‬

‫‪ = 2/; tf0=l; D = 0.3‬״‪, =0.3; /‬״‬

‫ונקבל בעזרת ‪: Matlab‬‬ ‫‪5 x 1 0 V + 2.5 x 10 9 s 2 + 1.306 xl0 1 3 ^ +2.813 xlO 16‬‬ ‫'‪s 4 + 5 x l 0 V +3.874 x 1 0 V + 1.812 x 1014 5 + 9.031 x 10‬‬

‫‪=-* . M‬‬ ‫)‪,(s‬״‬

‫״‪(4.8a) G‬‬

‫‪Bode Diagram‬‬ ‫‪80‬‬

‫‪eo‬‬

‫‪40‬‬

‫‪0‬‬ ‫‪-20‬‬ ‫‪..1...I....‬‬

‫‪.‬‬

‫‪i‬‬

‫‪,‬‬

‫‪-40‬‬ ‫‪90‬‬

‫‪45‬‬

‫‪-45‬‬

‫‪10‬‬

‫‪10‬‬

‫ג‪10‬‬

‫‪10‬‬ ‫)‪Frequency (rad/sec‬‬

‫איור מ‪ - 4.1 '0‬דיאגרמת בודה עבור פונקציית תמסורת ‪ Gvv‬של הממיר‬

‫‪31,‬‬

‫‪-90 y‬‬

‫‪10‬‬

‫‪§.‬־‬ ‫‪cr‬‬ ‫וס‬ ‫‪re‬‬ ‫‪5‬‬

(aq \

c

=

! M -1.594x 10'7 V/‫־(״‬s) s 4 + 5 x l 0 4 s 3 + 3.874xl0 9 s 2 +1.812 x 10'4 s + 9.031 x 1017 Bode Diagram

Frequency (rad/sec)

‫ של ה מ מ י ר‬G ‫׳‬v ‫ ד י א ג ר מ ת בודה עבור פונקציית ת מ ס ו ר ת‬- 4 . 2 '0‫איור מ‬

32,

‫‪ .5‬תכגוו סמסטת?ןטיבי וב*»ת דגם הממיר‬ ‫הדגם נבנה בתוך תיבת פלסטיק אשר מימדיה ‪. 350mm x 250mm x 150mm :‬‬ ‫על ההיקף החיצוני של התיבה מוקמו הרכיבים הבאים‪:‬‬ ‫‪220V‬‬

‫‪-‬‬

‫‪-‬‬

‫להפעלת הדגם‬ ‫־ מתג להפעלת ערוץ ההספק באמצעות ספק חיצוני‬ ‫־ מתג להפעלת מערכת הבקרה‬ ‫־ הדקי כניסת מתח לערוץ הספק‬ ‫־ הדקי מתח מוצא לחיבור העומס‬ ‫בחלקה הפנימי של התיבה ממוקמים ‪ 2‬הסלילים)ראשי ומשני( של ערוץ ההספק אשר מקובעים‬

‫‪.‬לריצפת התיבה‬ ‫במרכז התיבה‪ ,‬על עמודי הגבהה ממוקמים ‪ 2‬לוחות מחוררים אשר על גביהם הולחמו כלל הרכיבים של‬ ‫‪.‬מערכות הממיר‬ ‫את המבט הכללי על הדגם ניתן לראות באיור מס׳ ‪5.1‬‬

‫איור מ‪ - 5 . 1 '0‬מבט כללי על דגם הממיר‬

‫‪33,‬‬

‫א ת המבנה העקרוני של הדגם ואת מרכיביו ניתן לראות באיור ‪5.2‬‬

‫‪Power Supply Unit‬‬

‫סלילי• של ערוץ ההספק‬

‫איור מ‪ -5.2 '0‬מבנה עקרוני של דגם הממיר‬

‫‪34,‬‬

‫באיורים הבאים ניתן לראות בפירוט את מבנה תתי מערכות העיקריות אשר מרכיבות את דגם הממיר‬

‫‪35,‬‬

36,

‫איור מ‪ - 5 . 7 '0‬סליל ראשי וסליל משני ‪ -‬מבנה עקרוני‬

‫‪37‬‬

‫‪ .6‬תוצאות ומדידות מעשיות‬ ‫בפרק זה של הפרוייקט‪ ,‬יוצגו תוצאות של המדידות השונות שבוצעו במעבדה על גבי הדגם שנבנה‪.‬‬ ‫המדידות בוצעו באמצעות אוסצילוסקופ והוקלטו על מדיה באמצעותו‪.‬‬ ‫התוצאות שהתקבלו‪ ,‬נבדקו והושוו לתוצאות הסימולציות שבוצעו בשלבים הראשונים של הפרוייקט‬ ‫ולפיתוחים התיאורטיים‪.‬‬ ‫הדגם חובר במעבדה לרשת הזנה של ‪. 220V‬‬ ‫ערוץ ההספק חובר ספק חיצוני להזנה של ‪A2V‬‬ ‫באמצעות הדקי מתח מוצא‪ ,‬חובר ע ו מ ס ) ק ס ק ד ת נגדים( בערך של ‪. 0.5Q‬‬ ‫א ת ה ‪ Duty Cycle‬כוונו ל ‪ 30%‬באמצעות הפוטנציומטר שבבקר ‪.PWM‬‬ ‫תחילה‪ ,‬המדידות בוצעו ללא חיבור של ערוץ ההספק והעומס‪ ,‬על מנת לבדוק כי אכן אותות פיקוד של‬ ‫הטרנזיסטור מתקבלים כנדרש‪ .‬ורק לאחר מכן‪ ,‬בוצעו המדידות על גבי ערוץ ההספק המוזן‬ ‫במתח‬

‫והמחובר לעומס‪.‬‬

‫האיורים הבאים מציגים את לכידות מסך של האוסצילוסקופ עם תוצאות המדידה‪.‬‬

‫את המדידה הראשונה שבוצעה‪ ,‬ניתן לראות באיור ‪.6.1‬‬ ‫מדידה זו מציגה את אות שן המסור אשר מתקבלת על רגל מספר ‪ 5‬של רכיב ‪.KA3525‬‬ ‫שן מסור שהתקבל נע בתחום מתחים של ‪ 0.56F H- 3.5F‬כנדרש ע״פ הוראות יצרן‪.‬‬

‫איור מ‪ - 6 . 1 '0‬אות שן מסור ‪ -‬רגל ‪ 5‬ברכיב ‪KA3525‬‬

‫‪38,‬‬

‫את המדידה הבאה ניתן לראות באיור ‪6.2‬‬ ‫המדידה משקפת את אות)פולס( ברגל מס׳ ‪ 4‬של רכיב ‪.KA3525‬‬ ‫גל המרובע מתקבל בגובה של ‪ 5.V‬כנדרש ע״פ מפרט יצרן‬

‫‪39,‬‬

‫א ת המדידה הבאה ניתן לראות באיור ‪6.3‬‬ ‫המדידה משקפת א ת אות)פולס( ביציאה של רכיב ה ‪ ,PWM‬ובכניסה למצמד אופטי‪.‬‬ ‫הפולס שהתקבל כנדרש הנו בגובה של ‪ 5V‬וה־ ‪ Duty Cycle‬שלו כנדרש ‪.30%‬‬

‫‪40,‬‬

‫א ת המדידה הבאה ניתן לראות באיור ‪6.4‬‬ ‫המדידה משקפת א ת אות)פולס( ביציאה ממצמד האופטי בכניסה ל ‪06‬־ע‪.801‬של הטרנזיסטור‪.‬‬

‫איור מ‪ - 6 . 4 '0‬א ו ת כ נ י ס ה ל ‪ Source‬של ה ט ר נ ז י ס ט ו ר‬

‫‪41,‬‬

‫את המדידה הבאה ניתן לראות באיור ‪6.5‬‬ ‫המדידה משקפת את אות)פולס( ביציאה ממצמד האופטי בכניסה ל ‪..Gate‬של הטרנזיסטור‬

‫‪42,‬‬

‫את המדידה הבאה ניתן לראות באיור ‪6.6‬‬ ‫המדידה משקפת א ת אות)פולס( בשפך של הטרנזיסטור שבערוץ ההספק‪.‬‬ ‫ניתן לראות צורת ״מדף״ בחלקו העליון של הפולס‪ .‬״מדף״ זה מצביע על מעבר למשטר עבודה בלתי רציף‪.‬‬ ‫ככל שנקטין את ערכו של העומס‪ ,‬״המדף״ יתיישר‪.‬‬

‫איור מ‪ - 6 . 6 '0‬רמת המתח על ‪ Drain‬של הטרנזיסטור‬

‫‪43,‬‬

‫א ת המדידה הבאה ניתן לראות באיור ‪6.7‬‬ ‫המדידה משקפת א ת רמת ה מ ת ח ‪. Vin‬המסופק לערוץ ה ה ס פ ק‬

‫איור מ ‪ - 6 . 7 ' 0‬ר מ ת ה מ ת ח ‪Vin‬‬

‫‪44,‬‬

‫את המדידה הבאה ניתן לראות באיור ‪6.8‬‬ ‫מדידה זו הכי חשובה‪ ,‬כי היא מביא לידי ביטוי א ת הצלחת הפרוייקט ומשקפת א ת רמת ה מ ת ח‬ ‫המיצא ״״‪• K‬‬ ‫ניתן לראות כי רמת מתח המוצא ע״פ המדידה הנו ]‪ Vou, = 1 .51[F‬וזאת תוצאה נאה יחסית לתוצאה‬ ‫שהתקבלה בסימולצייה‪.‬‬

‫‪n‬‬

‫!‬

‫‪o‬‬

‫‪H‬‬

‫‪-mmmmwmmMMj‬‬

‫‪Save/Recall Menu‬‬ ‫ן י ‪tfff‬‬ ‫|‬

‫^‬

‫י‪,‬‬

‫\‬

‫‪If‬‬ ‫‪v‬‬ ‫‪ j> l^tfWrwJi'.ii:‬י‬ ‫‪\ V> M•V‬‬ ‫‪'Format's‬‬ ‫‪f ! \ D e f a i 1 l t < 1! $‬‬

‫'•‪ S e t u p ' J',/AW‬׳ '‪V 'HI‬‬

‫^‬

‫‪.r:‬׳״‪!, . c‬‬ ‫>״‪! nr R‬׳׳!!־< ׳‪1‬‬ ‫!‬ ‫‪ecall, i #‬‬ ‫‪Save‬‬ ‫‪'1‬‬

‫'‪l^'l‬‬

‫איור מ‪ - 6 . 7 '0‬רמת ה מ ת ח ‪,‬״״^במוצא הממיר‬

‫‪45‬‬

‫ל‬

‫״‪•n‬״׳^‬ ‫‪!.arilr‬״‪Press‬‬ ‫‪to‬‬ ‫‪AutoSave‬‬

‫‪ .7‬מתוח וסימולציה של הממיר עבוד הספל‪ 1‬גבוה ‪lfkWl -‬‬ ‫‪ .7.1‬תאור ע‪17‬דוג> של ממיל המיועד לעגודה ‪ 1‬ה ס ‪ 0‬מ >‪1‬וה‬ ‫מטרתו של פרק זה‪ ,‬לבצע סימולצייה והוכחת יכולת ישום של הממיר המפותח‪ ,‬גם עבור תפקוד‬ ‫בהספק גבוהה‪ .‬כלל הניתוחים וסימולציות שבוצעו בפרקים הקודמים של הפרוויקט‪ ,‬התייחסו‬ ‫לדגם ״מעבדתי״ בעל ה ס פ ק נמוך המוזן מ מ ת ח ‪. 12V‬‬ ‫ביישומים תעשייתיים‪,‬כגון שליטה על מהירות מנועים‪ ,‬השימוש בממירים נפוץ‪ ,‬לכן‪ ,‬חשוב לבצע‬ ‫בדיקה של תפקוד הממיר בהספק גבוה‪.‬‬ ‫על מנת לבצע זאת‪ ,‬נ ת ב ס ס על תכנוני הממיר שבוצע בפרק ‪ 3‬של פרויקט זה‪.‬‬ ‫נבחר מ ת ח הזנה של ‪ . 220F‬על מנת להגיע להספק המבוקש של‬

‫] ‪ ,kw]1‬נחשב א ת העומס שיש‬

‫לחבר במוצא הממיר‪ .‬מתוך נוסחא ‪ 44‬המופיעה בעמוד ‪ 11‬נקבל)כאשר ‪ D = 0.3‬כמו מקודם(‪:‬‬ ‫‪J‬‬

‫‪1.7‬‬

‫‪L‬‬

‫‪v1‬‬

‫ומתוך‬

‫‪ 2 - D‬י‬

‫‪0‬‬

‫)‬

‫‪v‬‬

‫‪g2‬‬

‫'‬

‫‪:‬‬

‫‪y 2‬‬

‫— = ‪ P‬נקבל א ת ערך העומס במוצא ‪1‬ם[‪R = — = — — = 1.5‬‬ ‫‪1 1‬‬ ‫‪P‬‬ ‫‪1000‬‬ ‫‪R‬‬

‫נקטין א ת ערך הסלילים על מנת לקבל אדווה שלא תעלה על ‪ 10%‬מערכו של הזרם במצב מתמיד‪,‬‬ ‫וכמובן נקטין א ת ערכי הקבלים‪.‬‬ ‫כמו כן נ מ ק ם בכניסת הממיר נגד נוסף בעל ערך של )‪ Q)0.5‬שלוקח בחשבון התנגדויות פרזיטיות‬ ‫בסכימה מעשית‪.‬‬ ‫שינוי נוסף שנדרש‪ ,‬הוא לשנות א ת הטרנזיסטור‪ ,‬שיתאים לתפקוד בהספק גבוה‪ .‬בממיר מעבדתי‬ ‫השתמשנו בטרנזיסטור ‪ ,IRF540‬אשר על פי הוראות יצרן‪ ,‬פועל במתח מ ק ס י מ א ל י של‬ ‫פתרונות‪:‬‬ ‫א‪ .‬ל מ ק ם במקביל‪ ,‬מספר טרנזיסטורים מהסוג‬ ‫ב‪ .‬לבחור טרנזיסטור בעל נתונים המתאימים לתנאי הבעיה לדוגמא ‪.IRF830‬‬ ‫למטרת פשטות ביצוע‪ ,‬בסימולציה נשתמש במפסק אידיאלי ב מ ק ו ם הטרנזיסטור‪.‬‬

‫‪46‬‬

‫‪IRF540.‬‬

‫‪ .7.2‬סימולציה של הממיר ב ה ס פ מ גגות‬ ‫‪PSpice.‬‬ ‫;‪D = 0.3‬‬

‫כלל הסימולציות בוצעו עבור הנתונים הבאים‪R0 = 1 .5[Q] :‬‬

‫;]‪Vm = 220[v‬‬

‫באיור מס׳ ‪ 7.1‬מוצג המעגל וכלל הנתונים‪ ,‬ששימשו כמקור לביצוע הסימולציות‪.‬‬

‫‪S1‬‬ ‫־ —‬

‫‪V O F F = 0.0V‬‬ ‫‪= 0.5V‬‬

‫‪ 0 VON‬־‬

‫‪R3‬‬

‫‪L1‬‬

‫י^‪0‬י׳׳י׳׳‪1-_2_1‬‬ ‫‪u‬‬

‫‪C1‬‬

‫‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫‪20u‬‬

‫‪D 10‬‬

‫‪WV‬‬

‫‪500‬‬

‫‪D break‬‬ ‫‪V1‬‬

‫‪D break‬‬

‫‪i:‬־‪220Vdc‬‬

‫‪ D3‬י‬ ‫‪D2‬‬

‫‪C2‬‬

‫‪Dbreak‬‬

‫‪20u‬‬

‫‪X‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫ן‬

‫‪0‬־‬

‫‪V1 = 0.1‬‬ ‫‪V2 = 12‬‬ ‫‪TD = 0‬‬ ‫‪TR‬‬ ‫‪TF‬‬ ‫‪P W = 6u‬‬ ‫‪PER‬‬ ‫‪20‬‬

‫‪= 0.01U‬‬ ‫‪= 0.01U‬‬ ‫‪ 0u‬־־‬

‫איור מ‪ - 7 . 1 '0‬מעגל הסימולצייה עבור ערוץ ה ה ס פ ק ב ה ס פ ק גבוה‬

‫‪ .7.3‬מהליכי מעגר בממיר‬

‫בתספס גגוה‬

‫‪40An‬‬

‫‪2 OA‬‬‫‪.......‬‬

‫ןיי«‬

‫'*ימיו‬

‫‪........‬‬

‫‪*J‬‬

‫‪1/0.‬‬

‫‪.......‬‬

‫‪/ *J‬‬

‫‪P‬‬

‫‪1-7‬‬

‫•‪OA‬‬

‫‪.........‬‬

‫•‪-20A‬‬

‫)‪2‬‬

‫‪1(1‬‬

‫)‪K LI‬‬

‫•‬ ‫‪40 V-‬‬

‫‪.......‬‬

‫‪20V-‬‬

‫—‬

‫‪.......‬‬

‫‪6.01115‬‬

‫‪5.0ms‬‬

‫‪3. Oms‬‬

‫‪4.0ms‬‬

‫‪Tjme‬‬

‫‪47‬‬

‫‪......‬‬

‫‪2. Oms‬‬

‫‪1. Oius‬‬

‫‪ij‬‬ ‫‪3‬‬ ‫)‪ V(R:2‬ז‬

‫»‪SEL‬‬ ‫‪0V-‬‬

‫‪ .7.4‬זדמ»ם גממיר ג ה ס פ ק גגות ‪ -‬במצג מתמיד‬

‫)‪ I (L2‬ם‬

‫)‪0KL1‬‬ ‫״‪fr‬‬

‫!‪SS3‬‬

‫״‪H‬״‬

‫•*־״ ״‪h‬‬

‫״‪•h‬‬

‫—•—‪-1• —U‬‬ ‫‪i‬‬

‫״•‪•+‬״‬

‫‪•«+‬״ ן•־״״‬ ‫׳•>‪•••i- -+-‬״־׳‬

‫•»‬

‫־־•״״‬

‫•‪>+‬״•׳‬

‫‪10a-‬‬

‫׳‪10a-‬‬

‫•; ;‬

‫•‪5A‬‬ ‫׳‪OA‬‬ ‫‪=t‬‬

‫‪:‬‬

‫=‪1‬‬

‫‪M< 1‬‬ ‫ן‬

‫‪4‬‬

‫‪r-‬‬

‫ו‬

‫! ‪:‬‬

‫—‪--4‬‬

‫‪-4‬‬

‫־״‬

‫־•— ׳‪5-A‬‬ ‫)‪I(C2) 0 I(CI‬‬

‫‪-4‬‬

‫־־־׳‪ i‬־־‪•-‬‬

‫‪-‬‬

‫;‪i -..‬‬

‫״‪4‬‬

‫‪4-•••-••••:•—|—1‬‬ ‫‪- 4‬‬

‫‪D‬‬

‫‪— 1—i‬‬

‫‪j••-‬‬

‫‪i -‬‬

‫־‪—i-‬‬

‫— ‪— — i‬‬

‫־־־••‬

‫־•••‪j‬‬

‫־‪ -‬ן‬

‫‪f‬‬

‫‪-4 M‬‬

‫‪6.00ms‬‬

‫‪5.991s‬‬

‫‪5.98ms‬‬

‫‪5.91ms‬‬

‫‪5.96ms‬‬

‫‪5.95ms‬‬

‫‪5.94ms‬‬ ‫‪DK‬‬

‫‪Time‬‬

‫‪48‬‬

‫‪ .7.5‬מ מ ח י ם בממיר ב ה ט פ מ גבות ‪ -‬כמצב מתמיד‬

‫‪100V-‬‬

‫‪100V‬‬

‫‪-100V‬‬ ‫)‪0 V(L1:2)- V(L1:1‬‬

‫‪127.5V‬‬

‫‪125.0V‬‬ ‫)‪V(C1:1‬־)‪0V(C1:2‬‬

‫׳?‪100‬‬

‫‪6.00ms‬‬

‫‪5.99ms‬‬

‫‪5.971s‬‬

‫‪5.96ms‬‬

‫‪5.‬‬ ‫)‪ V(S1:3‬־)‪• V(S1:4‬‬

‫‪Time‬‬

‫‪49‬‬

‫‪ .8‬סיהו‪ 0‬ומסמנות‬ ‫•‬

‫הממיר המוצע זהה מבחינת מורכבות לממיר מסוג ‪ Classic Buck Converter‬אולם‬ ‫הממיר הנ״ל מייצר יחס המרה בין מתח מוצא למתח כניסה רחב הרבה יותר‪ ,‬מה שמאפשר‬ ‫לקבל מתח מוצא נמוך‪ ,‬יציב ומדויק יותר‪.‬‬

‫•‬

‫הממיר המוצע מבטל א ת החסרונות של ממיר מסוג קבל ממותג המתבטאים בעלות גבוהה‬ ‫של מערכת בקרה מורכבת‪ ,‬עקב שימוש במספר רב של יחידות קבל־דיודה‪.‬‬ ‫בנוסף‪ ,‬הממיר מבטל את הרעשים האלקטרומגנטיים הנוצרים כתוצאה מקפיצה גבוהה של‬ ‫זרם הכניסה בעת המיתוג של הממיר מסוג קבל ממותג‪ .‬עצם העובדה שאין קפיצות זרם‬ ‫מהווה יתרון עבור עבודת ספק הכח‪.‬‬

‫•‬

‫בהשוואה לממיר ממותג מסוג ‪ Quadratic Buck Converter‬הממיר המוצא הינו בעל‬ ‫מורכבות זהה ויחס המרה בין מתח מוצא למתח כניסה קטן יותר‪ .‬אולם המתח‬ ‫המקסימאלי שנופל על המתג והאנרגייה שעוברת דרך הסלילים קטנים יותר וכתוצאה מכך‬ ‫הממיר המוצע יהיה בעל גודל פיסי קטן יותר‪.‬‬

‫•‬

‫הממיר המפותח מתאים לעבודה בטווח רחב מאוד של הספקים‪ .‬בפרוייקט זה‪ ,‬הדגמנו כי‬ ‫הממיר מתאים לעבודה גם בהספק גבוה יחסית של‬

‫] ‪ .kW]1‬המסקנה העיקרית הנובעת‬

‫מכך היא שאפשר באמצעות בחירה נכונה של רכיבים‪ ,‬ליישם א ת הממיר במערכות‬ ‫תעשייתיות המתפקדות בהספק גבוה‪.‬‬ ‫•‬

‫תוצאות המדידות שהתבקלו בניסויי מעבדה‪ ,‬אשר בוצעו על גבי הדגם שנבנה‪ ,‬מאמתות את‬ ‫כלל הניתוחים‪ ,‬חישובים‪ ,‬וסימולציות שבוצעו בשלב הפיתוחים התיאורטיים‪ ,‬בראשיתו של‬ ‫פרוייקט זה‪.‬‬

‫‪1u.T‬־‪aa^ora© g13D‬״ »ו‪1‬יון ‪no !tan -‬‬

‫ומייד ‪3 0 5‬‬

‫?‪6810‬‬

‫גי*ליו>דפיה‬

1. Mohan, Undeland, Robbins "Power Electronics Converters, Application and Design" - 3rd Edition. Chapter 7, pp 162-172 New York, Willey 2003

2. Erickson R.W. "Fundamentals of Power Electronic, second ed." Chapter I, pp 39-50, pp 146-168 Kluwer Academic Publishers, 2001

3. V. Utkin, J. Guldner, and J. X. Shi "Sliding Mode Control in Electromechanical Systems" Chapter 11, pp 231-250 London, U.K.; Taylor and Francis, 1999

4.

B. Axelrod, A. Ioinovici, and Y. Berkovich "Single-switch single-stage switched capacitor buck converter" 4th Nordic Workshop on Power and Industrial Electronics (NORPIE'04) June 14-16, 2004. Trondheim, Norway

5. Siew-Chong Tan Bronstein, S. Nur, M. Lai, Y.M. Ioinovici, A. Tse, C.K "Nonlinear control of switched-capacitor converter using sliding mode control approach'5 Power Electronics Specialists Conference, 2008. PESC 2008. IEEE Publication Date: 15-19 June 2008 On page(s): 372-377 Location: Rhodes, ISSN: 0275-9306 ISBN: 978-1-4244-1667-7

51

‫נספחים‬ ‫דפי נתונים של רכיבים עיקריים‬ KA3525 - SMPS Controller

o

Transistor - IRF540

o

MOSFET Driver-IR2110

o

OPIC Optocoupler

6

•

‫־‬N13 7

‫הצעת פרוייקט‬

o

•

SMPS CONTROLLER

KA3525A

VOLTAGE-MODE PWM CONTROLLER The KA3525A is a monolithic integrated circuit that Included all of the control circuit necessary for a pulse width modulating regulator. There are a voltage reference, an error amplifier, a pulse width modulator, an oscillator, under-voltage lockout, soft start circuit, and output drivers in the chip.

FEATURES • 5V ± 1% Reference • Oscillator Sync Terminal « Internal Soft Start • Deadtime Control • Under-Voltage Lockout

ORDERING INFORMATION Device KA3525A

BLOCK DIAGRAM

KA3525AD

OUTPUT

FAIRCHILD S E M I C O N D U C T O R ‫* ״‬ C I 999 Fnkchlld Semiconductor Corporation

Package 16 DIP 16-SOP-225A

Operating Temperature -3085+‫־־‬

V

-30 - +851.'

SMPS CONTROLLER

KA3525A ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Symbol

Value

Unit

Supply Voltage

Vcc

40

V

Collector Supply Voltage

Vc

40

V

lo

500

mA

Iref ICHG(OSC)

50

mA

5

mA

Po

1000

m/W

Topr Tstg Tleao

0 - +70

‫כו‬

-65 - +150

t

+300

r

Characteristic

Output Current, Sink or Source Reference Output Current Oscillator Charging Current Power Dissipation (TA = 2 5 1 ) Operating Temperature Storage Temperature Lead Temperature (Soldering, 10 sec)

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Vcc = 20V, T» = -351: to + 85t:, unless otherwise specified) Characteristic

Unit

Symbol

Test Conditions

Mln

Typ

Max

Vref A Vref A Vref

Tj25‫־‬r V c c = 8 to 35V

5.0

5.1

5.2

V

9

20

mV

20

50

mV

80

100

mA

REFERENCE SECTION Reference Output Voltage Line Regulation

Isc

Iref = 0 to 20mA Vref = 0, Tj = 25X:

Total Output Variation (Note 1)

A Vref

Line, Load and Temperature

Temperature Stability (Note 1)

ST t

Long Term Stability (Note 1)

ST

ACCUR

Load Regulation Short Circuit Output Current

5.25

V

20

50

mV

T j = 1 2 5 t , 1 KH r 3

20

50

mV

Tj25‫־‬r VCc = fl to 35V (Note 1,2)

± 3

± 6

%

± 0.8

± 2

4.95

OSCILLATOR SECTION Initial Accuracy (Note 1,2) Frequency Change With Voltage

4 f/A V c c

R T =2Ka , Ct = 470pF

Maximum Frequency Minimum Frequency

f(WN)

Clock Amplitude (Note 1,2)

V(ak)

Clock Width (Note 1,2) Sync Threshold Sync Input Current

PAIRCHILD SEMICONDUCTOR'"

tw(CLK|

Tj=25t

120

Hz

0.6

1

M s

2

2.8

V

1.3

2.5

mA

3

4

0.3 1.2

Sync = 3.5V

% KHz

430 60

Rt = 200KS , C T = 0.111 F

VTH(8YNC) ll(SYNC)

400

V

N - C H A N N E L 100V

0.055

‫־‬

a

22

LOW GATE C H A R G E STripFET™ II P O W E R M O S F E T TYPE

IRF540

VDSS

RDS(on)

ID

100 V

<0.077 a

22 A

n

T Y P I C A L R D s ( o n ) = 0.055£i

•

E X C E P T I O N A L dv/dt C A P A B I L I T Y

•

100% A V A L A N C H E T E S T E D

‫ ם‬LOW GATE CHARGE •

APPLICATION ORIENTED CHARACTERIZATION

DESCRIPTION This MOSFET series realized with STMicroelectronics unique STripFET process has specifically been designed to minimize input capacitance and gate charge. It is therefore suitable as primary switch in advanced highefficiency, high-frequency isolated DC-DC converters for Telecom and Computer applications. It is also intended for any applications with low gate drive requirements.

INTERNAL SCHEMATIC DIAGRAM

APPLICATIONS D

HIGH-EFFICIENCY DC-DC CONVERTERS

n

UPS AND MOTOR CONTROL

Ordering Information PACKAGING

PAtKA££

MARKING

SALE8 TYPE

IRF540

IRF540&

TUBE

TO-220

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Value 100

Unit

Drain-gate Voltage (RGS = 20 kQ)

100

V

± 20

V

ID

Gate- source Voltage Drain Current (continuous) at Tc = 25°C

22

A

ID

Drain Current (continuous) at To = 100°C

15

A

Drain Current (pulsed)

88

A

Total Dissipation at Tc = 25°C Derating Factor Peak Diode Recovery voltage slope

85 0.57 9

W VW'C

Single Pulse Avalanche Energy

220

mJ

-55 to 175

°C

Symbol VDS VDGR VGS

IDM(°)

Plot dv/dt (1) EAS«> T

Parameter Drain-source Voltage (VGS = 0)

stg

Storage Temperature

T|

Max. Operating Junction Temperature

(•) Pulse width limited by safe operating area.

V

V/ns

£ V r)dss, Tj S Tjmax

1) Isd S22A, di/dt £300A/^js, Vdd (B (2) Starting TJ = 25 °C, l D = 12A, V D D = 30V

February 2003 NEW DATASHEET ACCORDING TO PCN DSG/CT/1C16 MARKING: IRF540 &

1/8

‫ ־‬A

IRF540 THERMAL DATA Rthj-case Rthj-amb

Tl

Thermal Resistance Junction-case Thermal Resistance Junction-ambient Maximum Lead Temperature For Soldering Purpose

°C/W

1.76 62.5 300

Max Max Typ

°c/w °c

ELECTRICA L C H A R A C T E R I S T I C S (Tease = 2 5 ° C u n l e s s o t h e r w i s e s p e c i f i e d ) OFF Symbol

Max.

l D = 250 mA, V G S = 0

IDSS

Zero Gate Voltacje Drain Current (VGS = 0)

VQS = Max Rating VDS = Max Rating T c = 125°C

'GSS

Gate-body Leakage Current (V D s = 0)

VGS = ± 20V

Unit V

100

Drain-source Breakdown Voltage

V(BR)DSS

Typ.

Min.

Test Conditions

Parameter

1 10

pA UA

±100

nA

Unit

O N (1) Symbol

Test Conditions

Parameter

= VGS

VGS(th)

Gate Threshold Voltage

VDS

RDS(on)

Static Drain-source On Resistance

VGS = 10 V

ID = 250 pA

Min.

Typ.

Max.

2

3

4

0.055

0.077

V CI

Typ.

Max.

Unit

l D = 11 A

DYNAMIC Symbol NF- (*)

C|ss Coss Crss

2/8

Min.

Test Conditions

Parameter Forward Transconductance .

Vn S =25 V ..

Input Capacitance Output Capacitance Reverse Transfer Capacitance

VDS =

ID

511. A .

_

25V, f = 1 MHz, VGS = 0

.

.20.

870 125 52

... S> PF PF PF

Data Sheet No. PD60147 Rev.T

International IOR Rectifier

IR2110(S)/IR2113(S) &(PbF) HIGH AND LOW SIDE DRIVER

Features o Floating channel designed for bootstrap operation Fully operational to +500V or +600V Tolerant to negative transient voltage dV/dt immune ® Gate drive supply range from 10 to 20V ® Undervoltage lockout for both channels ® 3.3V logic compatible Separate logic supply range from 3.3V to 20V Logic and power ground ± 5 V offset ® C M O S Schmitt-triggered inputs with pull-down ® Cycle by cycle edge-triggered shutdown logic ® Matched propagation delay for both channels ® Outputs in phase with inputs • Also available LEAD-FREE

Product Summary V0FFSET (IR2110) (IR2113)

500V max. 600V max.

I0+/‫־‬

2A/2A

V0UT

10-20V

ton/off (typ.)

120 & 94 ns

Delay Matching (IR2110) 10 ns max. (IR2113) 20ns max. Packages

Description The IR2110/IR2113 are high voltage, high speed power N IOSFET and iGBT drivers'with independent high and iow side refers need output 16-Lead SOIC 14-Lead PDIP channels. Proprietary HVIC and latch immune C M O S echnologies IR2110S/IR2113S IR2110/IR2113 enable ruggedized monolithic construction, l ogic inputs are compatible with standard C M O S or LSTTL output, down to 3.3' ! logic. The output drivers feature a high pulse current buffer stage designed for minimum driver cross-conduction. Propagation delays are matched to simplify use in high frequency applications. The floating channel can be used to drive an N-channel power MOSFET or IGBT in the high side configuration which operates up to 500 or 600 volts.

www.irf.com

1

International I O R Rectifier

IR2110(S)/!R2113(S) &(PbF) Absolute Maximum Ratings

Absolute maximum ratings indicate sustained limits beyond which damage to the device may occur. All voltage parameters are absolute voltages referenced to COM. The thermal resistance and power dissipation ratings are measured under board mounted and still air conditions. Additional Information is shown in Figures 28 through 35.

Min.

Max.

High side floating supply voltage (IR2110)

-0.3

525

(IR2113)

-0.3

Svmbol vB Vs

Definition

625

Vb-25

High side floating supply offset voltage

- 0.3

VS

Units

VB

+ 0.3

VB

+ 0.3

VHO

High side floating output voltage

Vcc

Low side fixed supply voltage

-0.3

25

VLO

Low side output voltage

-0.3

VCc +

VDD

Logic supply voltage

-0.3

V S s + 25

Vss

Logic supply offset voltage

V|N

dVg/dt PD

RTHJA

25

VSs

Logic input voltage (HIN, LIN & SD)

0.3

Allowable offset supply voltage transient (figure 2)

—

Package power dissipation @ T A £ +25°C Thermal resistance, junction to ambient

TJ

Junction temperature

Ts

Storage temperature

TL

VCC

+

‫ ־‬VCc

0.3 0.3

+

‫ ־‬V D D 0.3 50

(14 lead DIP)

—

1.6

(16 lead SOIC)

—

1.25

(14 lead DIP)

—

75

(16 lead SOIC)

—

100

‫ ׳‬Lead temperature (soldering, 10 seconds)

-55

150

—

300

V/ns W

"C/W

"'150

.

v

" °C

Recomrr !ended Operating Conditions The input/outp ut logic timing diagram is shown in figure 1. For proper operation the device should be used within the recommendec conditions. The V s and V s s offset ratings are tested with all supplies biased at 15V differential. Typical ratings at othe r bias conditions are shown in figures 36 and 37.

Definition

Symbol vB Vs

High side floating supply absolute voltage High side floating supply offset voltage

Min.

Max.

v s +10

V s + 20

(IR2110)

Note 1

500

(IR2113)

Note 1

600

vB

VHO

High side floating output voltage

Vs

VCC

Low side fixed supply voltage

10

20

VLO

Low side output voltage

0

vcc

VDD

Logic supply voltage

Vss

Logic supply offset voltage

Vss+ 3

Vss

+

-5 (Note 2)

5

Units

v 20

V|N

Logic input voltage (HIN, LIN & SD)

Vss

VDD

TA

Ambient temperature

-40

125

°c

Note 1: Logic operational for Vs of -4 to +500V. Logic state held for V s of -4V to -V B s• (Please refer to the Design Tip DT97-3 for more details). Note 2: When VDD < 5V, the minimum V s s offset is limited to -VDD. 2

www.irf.com

PAIRCHILD August ;2008:; : M I C O N D U C T Q R •

Single-Channel: 6N137, HL2601, HOPL2611 Dual-Channeh HL2630, HL2631 High Speed 10MBit/s Logic Gate Optocouplers Features

Description

B Very high speed - 1 0 MBit/s

T h e 6N137, HL2601, HL2611 single-channel and HL2630, HL2631 dual-channel optocouplers consist of a 850 nm AIGaAS LED, optically coupled to a very high speed Integrated photo-detector logic gate with a strobable output. This output features an open collector, thereby permitting wired OR outputs. The coupled parameters are guaranteed over the temperature range of -40°C to +85°C. A m a x i m u m input signal of 5mA will provide a minimum output sink current of 13mA (fan out of 8).

a Superior CMR - 1 0 kV/ps ffi Double working voltage-480V •

Fan-out of 8 over -40°C to +85°C

B Logic gate output El Strobable output ffi Wired OR-open collector s U.L. recognized (File # E90700)

Applications

A n internal noise shield provides superior c o m m o n mode rejection of typically 10kV/|Js.The HL2601 and HL2631 has a minimum C M R of 5kV/|js. T h e HL2611 has a minimum C M R of 10kV/^s.

fa Ground loop elimination ES L S T T L to TTL, LSTTL or 5-volt C M O S Q Line receiver, data transmission ffi Data multiplexing es Switching power supplies 5 Fulsti transformer iBplacernoril a Computer-peripheral interface

Package Outlines

Schematics

5]GND

6N137 HL2601 HL2611

HL2630 HL2631

A 0.1 (jF by capacitor must be connected between pins 8 and 5' 1 '.

Truth Table (Positive Logic) Enable

H

H

L

L

H

H

H

L

H

L

L

H

H

NC

L

NC

H

L ©2005 Faircbild Semiconductor Corporation 6N137, HL2601, HL2611, HL2630, HL2631 Rev. 1.0.7

Output

Input

www.fairchildsemi.com

CO

5'

Absolute Maximum Ratings (TA = 25°C

‫ט‬

(p

unless otherwise specified)

Stresses exceeding the absolute maximum ratings may damage the device. The device may not function or be operable above the recommended operating conditions and stressing the parts to these levels is not recommended. In addition, extended exposure to stresses above the recommended operating conditions may affect device reliability. The absolute maximum ratings are stress ratings only.

T

T

STG OPR

TSOL

Value

Units

-55 to +125

°C

Parameter

Symbol Storage Temperature Operating Temperature Lead Solder Temperature

°c

o

50

mA

©‫י‬ ©

Input Current

Dual Channel (Each Channel)

30

Single Channel

5.5

V

VR

Reverse Input Voltage

Each Channel

5.0

V

P!

Power Dissipation

Single Channel

100

mW

Dual Channel (Each Channel)

45

Vcc by

m o r e than

500mV

P0



a c I

7.0

V

Single Channel

50

mA

Dual Channel (Each Channel)

50

Each Channel

7.0

V

Collector Output

Single Channel

85

mW

Power Dissipation

Dual Channel (Each Channel)

60

Output Current

Output Voltage

Max.

Units

Input Current, Low Level

0

250

pA

IFH

Input Current, High Level

*6.3

15

mA

Vcc

Supply Voltage, Output

4.5

5.5

V

0.8

V

vEL

Enable Voltage, Low Level

0

Van

Enable Voltage, High Level

2.0

Vcc

TA

Low Level Supply Current

-40

+85

N

Fan Out (TTL load)

‫כ‬ ‫כ‬

<0

r ‫גא‬ o w

X 0 ‫ס־‬ 1‫־‬ N> O) CO

Min.

Parameter

fi)

X o ‫ס־‬

Recommended Operating Conditions

‫״‬FL

o -‫ס‬ ‫ו‬to

w

The Recommended Operating Conditions table defines the conditions for actual device operation. Recommended operating conditions are specified to ensure optimal performance to the datasheet specifications. Fairchild does not recommend exceeding them or deg to absolute maximum ratings.

Symbol

-‫ס‬

O 3‫־‬

Supply Voltage Vcc (1 minute max)

v0

X

x

DETECTOR

'0

W -4

-40 to +85

Single Channel

Enable Input Voltage Not to Exceed

z

260 for 10 sec

DC/Average Forward

vE

2. <‫>ד‬

°c

EMITTER IF

6 3‫־‬ a> ‫כ‬ ‫כ‬

V

°c

8

*6.3mA is a guard banded value which allows for at least 20% CTR degradation. Initial input current threshold value is 5.0mA or less.

1 X

15‫־‬

3‫־‬ CO ‫כד‬ (D

a ‫ש‬ (A

o

CO O o O ‫ס־‬ r•

o

o o c -‫ם‬, ®

55

©2005 Fairchild Semiconductor Corporation 6N137, HL2601, HL2611, HL2630, HL2631 Rev. 1.0.7

www.falrchildsemi.com

2

‫‪r>)<$> 1 /‬‬

‫‪^)^DJn-h^t‬‬

‫‪Hit‬‬

‫מבון‬

‫ט נ ‪ 1 1‬ל ‪ 1‬ג • ‪ioVom‬‬

‫‪Holon Inslilule of Technology‬‬

‫נס‪0‬ח ‪1 -‬‬ ‫מסי הפרוייקט‪:‬‬

‫מס׳‬

‫חודש‬

‫שנה‬

‫~ןי ‪2 o o8 q2 o L‬‬ ‫הצעה‬

‫‪nOCUD‬‬

‫‪-‬‬

‫^ ‪0 4‬‬

‫ל‪9‬יוייקט מניסי גהנד‪3‬מ השמל ואלקטרוניקה‬

‫)‪(50076‬‬

‫א‪ .‬פרטי הסטודנט‪/‬ים‪:‬‬ ‫שם מלא‬ ‫ארטור גורבן‬ ‫תעודת זהות‬ ‫‪303774376‬‬ ‫כתובת‬ ‫מגדל הלבנון ‪ 7‬מודיעין‬ ‫טלפון גייד‬ ‫‪0506822533‬‬ ‫טלפון בית‬ ‫‪089268062‬‬ ‫טלפון עבודה‬ ‫‪039571935‬‬ ‫כתובת דוא״ל‬ ‫‪artur_gorban@yahoo. com‬‬

‫‪ 2‬שם מלא‬ ‫תעודת זהות‬ ‫כתובת‬ ‫טלפון צייד‬ ‫טלפון בית‬ ‫טלפון עבודה‬‫כתובת דוא״ל‬

‫אבי בחן‬ ‫‪040300808‬‬ ‫דוד כוכבי ‪ 15/24‬רחובות‬ ‫‪0508714740‬‬ ‫‪039032574‬‬ ‫‪089327868‬‬ ‫‪ [email protected]‬‬

‫ב‪ .‬שם הפרוייקט)בעברית ובאנגלית(‪:‬‬ ‫פיתוח ובנייה של ממיר מתח ישו למתח ישר‪ ,‬המוריד מתח)‪ ,(Buck Converter‬משופר עס *קרה אוטומטית אופטימלית‪.‬‬ ‫‪Design and implementation of improved Buck Converter with optimal and automatic control system.‬‬

‫ג‪ .‬ר ק ע פ ל ל • ) כ ‪ 1 0 -‬שורות(;‬ ‫בתקופת האחרונה‪ ,‬הולך וגדל בתעשיות האלקטרוניקה שימוש בוכיגמז הצורכים מתח חזנה נמוך יחסית)קטן מ • ‪.(1V‬‬ ‫בדרך פלל המערבות מוזנות ממקור מתח קבוע )כגון סוללה( אשד גבוה יותר מהנדרש‪ .‬על מנת להוריד את המתח לרמה‬ ‫‪ ,*®van‬נ‪0‬יץ חיום השימוש בממירי מתח ישר למתה ישי מסוג ‪ .Buck Converter‬ממיר בזה מסוגל להקטין את מתח המוצא‬ ‫פי ‪ 8-10‬מערכו של מתה המבוא‪ .‬קיימים פתרונות להנחתה גדולה עוד יותר‪ ,‬לדוגמא‪ ,‬חיבור מספר ממירים בקסקדח‪ .‬פתרון כזה‬ ‫אינו אפקטיבי‪ ,‬היות ומקבלים גט ירידה בנצילות‪ .‬כמו כן‪ ,‬קיימת בעיה טיסות עמוק עבור תחום רהב של צרכנים)מנועים(‪.‬‬ ‫פרוייקט זה יתמקד בפיתוח ויישום של ‪ Buck Converter‬משופר‪ ,‬אשר יחיה מסוגל להנחית מתח מוצא עד ב ‪ 50% -‬יותר מאשר‬ ‫ממיר בסיסי‪ .‬הפתרון יתבצע ע״י הוספה של מעגל מיתוג נוסף )הכולל רכיבים פסיביים( למעגל ממיר הבסיסי‪ ,‬וכך לא תיפגע‬ ‫הנצילות‪ .‬בעיית הויסות העמוק תיפתר ע״י שילוב הממיר המשופר ע‪ 0‬מערכת בקרה אופטימלית עבוד הינע זדם י‪4‬יי‪.‬‬

‫ד‪ .‬היקרהפרוייקט)‪ 3-4‬משפטים(‪:‬‬ ‫בפרוייקט זה נתכנן ונבנה ממיר מתח ישו למתח ישר‪ ,‬המוריד מתח )‪ ,(Buck Converter‬כעל יכולת משופרת של הנחתת מתח‬ ‫מוצא ובקרה אופטימלית‪ .‬תבוצע סקירה של שווקים וספרות רלוונטיים‪ ,‬אנליזה תאורטית של ביצועי מעגל חכה ומעגל בקרה‪,‬‬ ‫והדמיה ממוחשבת ותכנון קונסטרוקטיבי‪ .‬בסופו של פרוייקט נבנה דגם מעבדתי להוכחת התוצאות הכולל מנוע ‪ DC‬בתור עומס‪.‬‬

‫ה‪ .‬פעילויות הסטודנט‪/‬ים‪:‬‬ ‫ג‪ .‬סקר שווקים וספרות‪.‬‬

‫‪ .5‬הדמיה ממוחשבת‪.‬‬

‫‪ .2‬תכנון עקרוני של הממיר המשופר‪.‬‬

‫‪ .6‬תכנון קונסטרוקטיבי‪ ,‬בניית דגם‪ ,‬הפעלתו ומדידות‪.‬‬

‫‪ .3‬אנליזה תאורטית של מעגל הכה‪.‬‬

‫‪ .7‬הסקת מסקנות‪.‬‬

‫‪.4‬סקירת שיטות בקרה שונות ובחירת שיטה אופטימלית‪.‬‬

‫‪ .6‬הפקת ספי הפרוייקט ובניית מצגת‪.‬‬

‫שם המנחה‪ :‬דרי יפים ברקוביץ׳‬ ‫שם חמנחה‪:‬‬ ‫‪1‬‬ ‫שם הסטודנט‬ ‫ארטורגורבן‬ ‫עמוד ‪1‬מתוך ‪2‬‬

‫מאייד‬

‫חתימה‪ :‬י ‪( /‬‬

‫‪m:‬‬

‫^תימימוז‪/‬‬

‫!‬

‫־§<>‪£‬‬

‫תאריך‪:‬‬ ‫‪2‬‬

‫שם הסטודנט‬ ‫אבי כהן‬

‫חתימה‬ ‫‪1‬‬

‫‪\crfS‬‬

‫מנ‪0‬ן ט נ ו ‪ 0 1‬ל ‪ 1‬ג י ‪p V o n‬‬ ‫‪Holon Institute of Technology‬‬

‫ו‪ .‬רשימת צייד ודפיביםייחודיים הגדרשים לביצוע הפרוייקט ואופן השגתם‪:‬‬ ‫בפרוייקט זח לא גדדש ציוד ספציפי מיתן להישען על ציוד מעבדת מקיים במכון‪.‬‬

‫ז‪ .‬סיפוצים צפויים‬ ‫‪ .1‬רעשים במערכת‪.‬‬ ‫‪ .2‬חימום רכיבים‪.‬‬ ‫‪ .3‬בקרת מסורבלת‪.‬‬

‫ח‪ .‬לו״? גיצוע הפרוייקט‪:‬‬ ‫‪1‬‬

‫ם‪00‬גרן‪ OOHIK0‬״ ‪JJr .‬״ ‪.‬זי! ‪• !>*»* Inn. .‬רן! ‪ iutnio‬יחוור ‪j‬‬ ‫‪ yn‬אפי ] מיז ] ‪0‬גו | •‪j 11‬‬ ‫'‪)1‬‬ ‫‪ ; in 1 UDO‬זל‬ ‫‪ 1801‬י ‪:‬‬ ‫‪^ 01102‬‬ ‫‪i.‬‬ ‫; ‪L2I‬‬ ‫ף‬ ‫‪.-.•:‬ו ‪:‬‬ ‫‪ED‬‬ ‫;‬

‫‪:‬‬

‫‪.‬‬ ‫•‬

‫‪4»> 02109‬‬

‫;‬

‫‪5 ,‬נ<‪0 01‬‬ ‫•‪;HI‬‬ ‫‪te^sl‬‬

‫כב‬ ‫ם!‬ ‫‪:‬‬

‫‪:‬‬

‫;‬

‫‪:‬‬ ‫‪:‬‬

‫!‬ ‫‪i‬‬

‫י‬ ‫‪:‬‬

‫י‬ ‫;‬

‫‪.‬‬ ‫;‬

‫!;‬ ‫י‬ ‫;‪:‬‬ ‫־'‪.‬‬ ‫‪.‬‬

‫״יונו‬ ‫ו‬ ‫'‪t‬‬ ‫וזוו‬ ‫‪^ DO‬ן חח ‪>0‬ה‬ ‫‪15/01/08 15/01/08‬‬ ‫‪01/02/08 01/02/08‬‬ ‫‪03/02/08 22/02/08‬‬ ‫‪24/02/08 30/03/08‬‬ ‫‪31/03/08 18/04/08‬‬ ‫‪21/04/08 30/04/08‬‬ ‫‪01/05/08 01/05/08‬‬ ‫‪05/05/08 30/05/08‬‬ ‫‪01/06/08 30/06/08‬‬ ‫‪02/07/08 08/08/08‬‬ ‫‪10/08/08 .17/08/08‬‬ ‫‪18/08/08 01/09/08:‬‬ ‫‪02/09/03 02/09/08‬‬

‫ך‬ ‫—ן‬ ‫‪ 16 1‬ו‪,‬וד‬ ‫‪1 m‬‬ ‫‪7‬‬ ‫נ‬ ‫‪4‬‬ ‫‪6 !53‬‬ ‫‪6 m‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪8 !a‬‬ ‫&] ז‬ ‫‪ID‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪II [B‬‬ ‫‪12 iei‬‬ ‫פ ן י‪.‬י‬

‫‪ 00‬געילות‬ ‫‪1‬‬ ‫הגשת הגעת ‪9‬רו״לןט‬ ‫אישור הצעה‬ ‫‪0‬קרשולן ו‪0‬פחח‬ ‫תגנון עקחני של ממיר משופר‬ ‫אנליזה תאורטית • מעגל >ח‬ ‫הגנת דו״וו ביניים‬ ‫הגשת דו" ח יגייס‬ ‫בחירה ויישום שיטת הבקרה‬ ‫הדמייה ממוחשבת‬ ‫חמון‪ ,‬בניית דגם‪ ,‬מדידות‬ ‫ה‪0‬קת מ‪0‬קנוח‬ ‫הגנת ‪0‬פר פח״קט‬ ‫הגשת ‪&0‬ר &רו»ד!ט‬

‫העדות לתיקון‪:‬‬

‫שם המנחה‪:‬דר׳ יפים גוקוגיץ׳‬ ‫שם המנחה‪:‬‬

‫חתימה‪:‬‬

‫מאייד•׳‬ ‫תאוין‪:‬‬

‫‪y‬‬

‫‪2‬‬

‫‪frg‬‬

‫שם הסטודנט‬ ‫אני כהן‬

‫חתימה‬

‫ץ‬

‫\‬

‫ף•‬

‫חתימת מופז הפרויקטים וראש המחלקה על אישור הפרויקט‬ ‫פרום׳ גדי גולן‬ ‫עמוד ‪2‬מתוך ‪2‬‬ ‫‪>-mitt‬ט‪03‬ן ® ‪ * a ^ s a‬ו י ! ל ? ‪ 4‬־ ־‬

‫‪2‬‬

‫‪,‬‬

‫‪m‬ו)ו‪0‬ב‪62‬‬

‫‪ 3 1‬״ ‪ S‬־ ‪5 8 1 0 2‬‬

‫‪02‬‬

‫‪8‬‬

‫»‬

‫‪.‬‬

‫‪o‬‬

‫\ ‪ 1 m‬ו י‬

‫‪Jlftn306‬‬

‫‪) a‬ע״•׳;•‬