وبلاگ

باید توجه داشت که ولتاژخروجی V_out، سطح ولتاژی موردنیاز برای تغییرات ناگهانی بار می باشد. وقتی که خازن ها دشارژ می شوند، خازن ها برای تولید dv/dt اختصاص داده می شوند. هنگامی که خازنC₁ کاملا دشارژ می شود، ولتاژ اصلی یک ولتاژ منفی به خازن اختصاص می دهد. در حالی که خازنC₂ هنوز در حال تحویل انرژی به بار می باشد، خازن C₁ به طور منفی شارژ می شود. مقدار ولتاژ خازن ها در این حالت، از روابط (۳_–۱۰) و (۳_–۱۱) محاسبه می شود و وضعیت کلیدها عبارتند از :

(( 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. ))

(S_S:OFF, S₁:OFF, S₂:OFF, S_L:ON)
(۳_–۱۰)

(۳_– ۱۱)
د) تحلیل محاسباتی حالت خاص
زمانی که در توپولوژی پیشنهادی، ظرفیت خازن ها یکسان باشد (C_{1 =} C₂ )، ولتاژ خازن ها با توجه به حالات فوق از روابط زیر محاسبه می شود :
* حالت شارژ جداگانه خازن ها: ولتاژ خازن ها از روابط (۳_–۱۲) و (۳_–۱۳) بدست می آید.
(۳_– ۱۲)

(۳_–۱۳)
** حالت شارژ همزمان خازن ها : ولتاژ خازن ها از روابط (۳_– ۱۴) و(۳_– ۱۵) بدست می آید.

(۳_–۱۴)
(۳_– ۱۵)

*** حالت شارژ منفی خازن ها: ولتاژ خازن ها از روابط (۳_–۱۶) و(۳_–۱۷) بدست می آید.

(۳_–۱۶)

(۳_– ۱۷)
حالت کلیدزنی جداگانه در مقایسه با کلیدزنی همزمان در مواردی مزیت و برتری دارد. در این روش یک سطح ولتاژ اصلی DC که تقریبا ثابت است، تولید می شود که برای ذخیره انرژی بخشی از فرایند تامین و تغذیه بار و افزایش فرکانس منبع توان پالسی پلاسما مفید است .
۴.۲.۳ محاسبه مقدار dv/dt تولید شده ناشی ازکلیدزنی گذرای توپولوژی پیشنهادی
مهم ترین پارامترها در منابع توان پالسی پلاسما، مقدار dv/dt تولید شده و سطح ولتاژ بالا است. زمانی که مبدل باک_– بوست مثبت توپولوژی پیشنهادی در حالت هدایت ناپیوسته باشد، ولتاژ بالا تولید می شودکه منجر به افزایش ولتاژ الکترودها می شود. با توجه به این که الکترودها دارای مشخصه خازنی می باشند، بنابراین می توان به صورت یک خازن با ظرفیت کم مدل شوند. در این حالت مقدار زیادی از جریان در یک دوره زمانی کوتاه از خازن و سلف عبور می کند. مقدار dv/dt تولید شده در خازن، به مقدار جریان عبوری از خازن بستگی دارد که می توان از رابطه (۳_–۱۹) بدست آورد :

(۳_– ۱۹)
با توجه به رابطه (۳_–۱۹)، در سطوح جریانی مختلف، مقدار dv/dt تولید شده متفاوتی در منابع توان پالسی پلاسما بدست می آید. ممکن است مقدارشوک ولتاژی ناشی از کلید زنی بر الکترودهای سیستم پلاسما تغییر کند. در حالی که جریان عبوری به شکل نوک تیز(مانند دندان اره ای شکل) است بر اثر کلید زنی گذرا، مقدارشوک ولتاژی در منابع توان پالسی پلاسما به شدت افزایش می یابد. طبق رابطه (۳_–۱۹) مقدار dv/dt تولید شده به مقدارi_c(t) و ظرفیت خازنیC_L بستگی دارد .در مدت زمان کلید زنی گذرا، جریان عبوری ازکلیدهای S₁و_۲S کاهش می یابد تا زمانی که جریان عبوری از خازن افزایش یابد. بنابراین در هنگام عبور جریان افزایش یافته (بر اثر کلید زنی گذرا)، می توان در محدوده گسترده ای، شوک های ولتاژی متغیری، در منابع توان پالسی پلاسما ایجاد شود.
۳.۳ محاسبه انرژی ذخیره شده منابع توان پالسی مورد استفاده در پلاسما مبتنی بر توپولوژی پیشنهادی
راندمان و قابلیت اطمینان، یکی از مولفه های کلیدی و مهمی است که در هنگام طراحی یک منبع توان پالسی پلاسما، باید در نظر داشت. برای افزایش قابلیت اطمینان و راندمان در منابع توان پالسی، ابتدا باید مقدار انرژی ذخیره شده را با توجه به نوع توپولوژی و بار بررسی و محاسبه کرد. برای رسیدن به حالت مطلوب باید درطراحی ساختار توپولوژی، انتخاب روش کنترلی مناسب و مقادیر المان های مورد استفاده، نهایت دقت را به کار برد که در راستای برطرف کردن نیاز های مورد تقاضای سیستم پلاسما باشد. روند محاسبه انرژی ذخیره شده در منابع توان پالسی پلاسما را می توان در سه بخش اصلی شرح داد که عبارتنداز :
۱.۳.۳ محاسبه مقادیر المان های منابع توان پالسی پلاسما
در طراحی آرایش مبتنی بر توپولوژی پیشنهادی، برای داشتن حداقل تلفات انرژی می توان از تجهیزات موثر و کنترلی با کاربردهای متنوعی در منابع توان پالسی پلاسما بهره جست. در این مورد می توان با انتخاب مقادیر مناسب برای المان های سلف و خازن (L و C_i)، که جوابگوی شرایط بار باشد و از تلفات انرژی جلوگیری کند. مقدار ولتاژ خروجی و شوک ولتاژی موجود، با توجه به میزان انرژی تحویلی بار تعیین می شود و مقادیر المان های مورد استفاده را می توان با توجه به این پارامترها تعیین کرد. در این پایان نامه، ظرفیت خازن C₂،۱۰ برابر ظرفیت خازن C₁، در نظر گرفته می شود و ظرفیت خازن معادل(C_eq) را می توان از رابطه (۳_–۲۰) به دست آورد که مقدار آن حداقل ۱۰ برابر ظرفیت خازنی بار می باشد تا از هرگونه مشکلات در شرایط تامین بار سیستم جلوگیری شود. به بیان دیگر می توان گفت که ظرفیت خازنی بار باید کوچک باشد تا شوک های ولتاژی ناشی از بار تولید نگردد.
(۳_–۲۰)

اگر ظرفیت خازن ها (C_i) با هم برابر باشد، بنابراین ظرفیت معادل خازن(C_eq) منبع توان پالسی پلاسما را می توان از رابطه (۳_–۲۱) بدست آورد:

(۳_–۲۱)
n تعداد مجموعه های کلید _– دیود_– خازن است که با توجه به مقدار ولتاژ کلید زنی و ولتاژ خروجی موردنیاز منابع توان پالسی پلاسما تعیین می شود. با توجه به ثابت بودن جریان سلفی در حالت شارژ خازن ها و وجود شوک ولتاژی در منبع توان پالسی پلاسما، می توان از رابطه (۳_–۲۲) جریان سلفی را محاسبه کرد:
(۳_–۲۲)

در توپولوژی پیشنهادی، به منظور کاهش تلفات کلیدزنی، فرکانس کلیدزنی تا جایی که ممکن است، کم باشد و زمان دشارژ سلف را باید افزایش داد و این بدین معنی است که افت ولتاژ منفی در سلف کاهش می یابد. با مقدار اندوکتانس و ولتاژ ورودی می توان فرکانس کلیدزنی را تعیین کرد. عامل مهم دیگر مربوط به انتخاب یک سلف با اندوکتانس مناسب است که می توان جهت افزایش راندمان و قابلیت اطمینان منبع توان پالسی، سلف را با اندوکتانس کوچک در نظر گرفت. با توجه به ایجاد پالس های تکراری در فرایند کلیدزنی، مقدار ثابت زمانی که به بار اختصاص داده شده را برای دوره بعدی تامین بار در نظر می گیریم.
۲.۳.۳ محاسبه انرژی ذخیره شده منابع توان پالسی پلاسما
در منابع توان پالسی پس از قرار دادن بار پلاسما، مقاومت ماده بین الکترودها، به مقدار ناچیزی افت می کند که باعث افزایش تلفات توان درمنابع توان پالسی می شود. برای از بین بردن تلفات، می توان از فیدبک ولتاژی با توجه به روش کنترلی مورد نظر (منبع ولتاژ)، استفاده کرد. . برای تخمین انرژی ذخیره شده در منبع توان پالسی پلاسما با اتصال متوالی مجموعه کلید_– دیود_– خازن به صورت یک یا دو طبقه، از روش کنترلی منبع ولتاژ استفاده می شود. این روش کنترلی یک منبع ولتاژ مدل شده قابل تنظیم و کنترلی را برای تغذیه یک سیستم توان پالسی پلاسما فراهم می کند. با طراحی یک بلوک کنترلی در نزدیکی کلید های S₁و_۲S، به محض این که مقدار ولتاژ کمتر از یک مقدار معینی شود، روند تامین بار متوقف می شود که در نتیجه تلفات انرژی کاهش می یابد.
با فرض این که کلیدS₂، وصل است، کلیدS₁ می تواند جریان عبوری از سلف را کنترل کند. زمانی که کلیدS₁، وصل است منبع ولتاژ مدل شده به سلف وصل می شود و جریان سلفی افزایش می یابد. زمانی که جریان سلفی از حداکثر مقدار جریان مدار بیشتر شود، یک مقایسه کننده، سطح جریان را تشخیص می دهد و کلیدS₁ را قطع می کند. به منظور حفظ ولتاژ در مدار، جریان سلفی از دیودD₁ عبور می کند. در حالی که ولتاژ های دیود D₁ و کلید S₁ در سراسر سلف، منفی به نظر می رسد و به آرامی سلف دشارژ می شود. حال اگر جریان سلفی از حداقل مقدار جریان مدار کمتر شود، کلید S₁، دوباره وصل می شود و این روش مکررا ادامه می یابد.
این بدین معناست که روش کنترلی مورد استفاده در توپولوژی پیشنهادی، به طور هوشمندانه مشخص می کند که تلفات یک بار پلاسما در منابع توان پالسی در چه وضعیتی قرار دارد. هم چنین در صورت بروز اتصال کوتاه در منبع توان پالسی که ناشی از واکنش بار پلاسما است، منجر به تولید گرمای بیش از حد و تلفات توان می شود که فرایند متوقف سازی این حالت را نیز مدیریت می کند. مقدارانرژی ذخیره شده در سلف و خازن منبع توان پالسی در این حالت از روابط (۳_–۲۳) تا (۳_–۲۵) محاسبه می شود.

(۳_–۲۳)

(۳_–۲۴)

(۳_–۲۵)
۳.۳.۳ محاسبه انرژی در حالت استفاده از خازن اضافی در منابع توان پالسی پلاسما
در بعضی آرایش های مداری منابع توان پالسی، استفاده از یک خازن اضافی با ظرفیت کم (C_extra) به صورت موازی با بار پلاسما که در حالت شارژ، انرژی را ذخیره کرده و به بارتحویل می دهد، بسیار کاربردی و مفید است. اتصال خازن اضافی به صورت موازی، می تواند قابلیت اطمینان و راندمان منابع توان پالسی را در حالت عملکرد منبع توان پالسی بهبود بخشد. این خازن به عنوان ذخیره کننده انرژی اضافی به صورت ثابت در روند تامین و ذخیره انرژی سیستم دخالت می کند به طوری که جریان سلفی تلرانس های بزرگی نخواهد داشت. در روند ذخیره انرژی، جریان ذخیره شده در سلف از خازن نیز عبور می کند و ایجاد شوک ولتاژی در منبع توان پالسی می کند. با توجه به این که ظرفیت خازن معادل مدار (با اتصال خازن اضافی ) افزایش یافته است، این شوک ولتاژی ایجاد شده نیز کاهش می یابد. انرژی ذخیره شده در بار (E_load)، شامل انرژی ذخیره شده در سلف و خازن اضافی است که می توان از رابطه (۳_–۲۶) بدست آورد.