מחקר על תנודה תת-הרמונית במצב זרם שיא של החלפת ספקי כוח
-בספקי כוח מתג DC נעשה שימוש נרחב בתחומי האלקטרוניקה, הציוד החשמלי ומכשירי החשמל הביתיים בשל יתרונותיהם של גודל קטן, משקל קל, יעילות גבוהה וביצועים יציבים, ונכנסו לתקופה של התפתחות מהירה. ספקי כוח DC-מתג DC משתמשים במוליכים למחצה מתחרים כדי להתאים את מתח המוצא על ידי שליטה במחזור העבודה של המתגים. טופולוגיית מעגל הבקרה שלו 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 לבקרת זרם שיא ובקרת זרם ממוצעת. היתרונות של זרם שיא הם: 1) תגובת לולאה סגורה- מהירה, ותגובת חולפת מהירה לשינויים במתח הכניסה ובעומס המוצא; 2) קל לעצב את לולאת הבקרה; 3) בעל פונקציית איזון מגנטי פשוטה פשוטה; 4) בעל פונקציית הגבלת זרם שיא מיידית וכו'. עם זאת, זרם שיא המשרן עלול לגרום לתנודות תת-הרמוניות במערכת. למרות שספרות רבות הציגו זאת במידה מסוימת, הם לא חקרו באופן שיטתי תנודות תת-הרמוניות, במיוחד הגורמים להן ויישומי מעגל ספציפיים. מאמר זה יערוך מחקר שיטתי על תנודות תת-הרמוניות.
סיבה לתנודה הרמונית 1
אם ניקח את אספקת החשמל של מצב שיא זרם אפנון PWM כדוגמה (כפי שמוצג באיור 1, ומבנה הפיצוי בשיפוע למטה מסופק), הגורמים לתנודה תת-הרמונית מנותחים בפירוט מנקודות מבט שונות.
עבור מצב בקרת הלולאה הפנימית הנוכחית, איור 2 מציג את השונות של זרם המשרן כאשר מחזור העבודה של המערכת גדול מ-50% וזרם המשרן עובר שלב קטן. הקו המוצק מייצג את צורת הגל של זרם המשרן במהלך פעולת המערכת הרגילה, והקו המקווקו מייצג את צורת הגל הפועלת בפועל של זרם המשרן. ניתן לראות כי: 1) שגיאת זרם השראות במחזור השעון הבא גדולה מזו במחזור הקודם, דבר המצביע על כך שאות השגיאה של זרם השראות מתנודד ומתפצל, והמערכת אינה יציבה; 2) תקופת התנודה היא כפולה מתקופת המיתוג, כלומר תדירות התנודה היא מחצית מתדר המיתוג. זהו מקור השם תנודה תת-הרמונית. איור 3 מציג את השונות של זרם המשרן כאשר מחזור העבודה של המערכת גדול מ-50% וישנו צעד קטן AD במחזור העבודה. ניתן לראות שהמערכת מציגה גם תנודה תת-הרמונית. כאשר מחזור העבודה של המערכת נמוך מ-50%, למרות שהפרעות בזרם המשרן או מחזור העבודה עלולות לגרום גם לתנודות באות השגיאה של זרם המשרן, תנודה זו שייכת לתנודת דעיכה. המערכת יציבה.
