מחקר על תנודה תת-הרמונית במצב שיא זרם של מיתוג אספקת חשמל
ספק כוח מיתוג DC-DC נמצא בשימוש נרחב בתחומי האלקטרוניקה, הציוד החשמלי ומכשירי החשמל הביתיים בשל יתרונותיו של גודל קטן, קל משקל, יעילות גבוהה וביצועים יציבים, הנכנסים לתקופה של התפתחות מהירה. ספק הכוח המתג DC-DC משתמש במוליכים למחצה כמתגים ומתאים את מתח המוצא על ידי שליטה במחזור העבודה של המתגים. טופולוגיית מעגל הבקרה מחולקת למצב זרם ומצב מתח. בקרת מצב זרם נמצאת בשימוש נרחב בשל יתרונותיה כגון תגובה דינמית מהירה, מעגל פיצוי פשוט, רוחב פס רווח גדול, השראות פלט קטנה ושיתוף זרם קל. בקרת מצב הנוכחי מחולקת עוד יותר לבקרת זרם שיא ובקרת זרם ממוצעת. היתרונות של זרם שיא הם: 1) תגובה מהירה של לולאה סגורה ארעית, כמו גם תגובה זמנית מהירה לשינויים במתח הכניסה ובעומס המוצא; 2) קל לעצב את לולאת הבקרה; 3) מצויד בפונקציית איזון מגנטי פשוטה ואוטומטית; 4) מצויד בפונקציית הגבלת זרם שיא מיידית וכו'. עם זאת, זרם השראות שיא עלול לגרום לתנודות תת-הרמוניות במערכת. למרות שספרות רבה הציגה זאת במידה מסוימת, לא היה מחקר שיטתי על תנודות תת-הרמוניות, במיוחד הגורמים להן ויישום מעגל ספציפי. מאמר זה יערוך מחקר שיטתי על תנודות תת-הרמוניות.
גורמים לתנודה הרמונית ראשונה
אם ניקח כדוגמה את אספקת החשמל של מצב שיא של אפנון PWM (כפי שמוצג באיור 1, ומתן מבנה פיצוי במדרון למטה), ניתוח מפורט נערך מנקודות מבט שונות על הגורמים לתנודה תת-הרמונית.
עבור מצב בקרת הלולאה הפנימית הנוכחית, איור 2 מציג את השינוי בזרם השראות כאשר מחזור העבודה של המערכת גדול מ-50 אחוז וזרם השראות עובר שלב קטן Δ, כאשר הקו המוצק מייצג את צורת הגל של זרם השראות במהלך פעולת מערכת רגילה, וכן הקו המקווקו מייצג את צורת הגל בפועל של זרם השראות. ניתן לראות כי: 1) שגיאת זרם השראות של מחזור השעון האחרון גדולה יותר משגיאת זרם השראות של המחזור הקודם, כלומר, אות השגיאה של זרם השראות מתנודד ומתפצל, והמערכת אינה יציבה; 2) תקופת התנודה היא כפולה מתקופת המיתוג, כלומר, תדר התנודה הוא 1/2 מתדר המיתוג, שהוא מקור השם תנודה תת-הרמונית. איור 3 מציג את השונות של זרם השראות כאשר מחזור העבודה של המערכת גדול מ-50 אחוז וישנו שלב קטן AD במחזור העבודה, המצביע על כך שהמערכת תחווה גם תנודה תת-הרמונית. כאשר מחזור העבודה של המערכת הוא פחות מ-50 אחוז, למרות שהפרעות בזרם השראות או מחזור העבודה עלולות לגרום גם לתנודה באות השגיאה של זרם השראות, תנודה זו שייכת לתנודת הנחתה. המערכת יציבה.
