۳.۲ روش های کنترلی مورد استفاده در منابع توان پالسی پلاسما
با توجه به پیشرفت سریع تکنولوژی ادوات الکترونیک قدرت، طراحان این امکان را دارند تا به آسانی در زمینه روش های کنترلی منابع توان پالسی پلاسما، نوآوری هایی ایجاد کنند. با این حال، حقیقت این است که هیچ روش کنترلی وجود ندارد که بتواند به طور کامل تمام زمینه های کاربردی منابع توان پالسی را پوشش دهد. شکل (۲_-۱۴) نمونه ای از روش های کنترلی مرسوم درمنابع توان پالسی پلاسما را نشان می دهدکه به شرح ذیل می باشد:
شکل (۲_-۱۴) روش های کنترلی مورد استفاده در یک منبع توان پالسی پلاسما
۱.۳.۲روش کنترلی منبع ولتاژ
در روش کنترلی منبع ولتاژ، دو استراتژی کنترلی وجود دارد: کلید زنی همزمان وکلید زنی جداگانه، که قابل استفاده برای طیف وسیعی از منابع توان پالسی پلاسما است. شکل (۲_-۱۵) روش کنترلی منبع ولتاژ را نشان داده است. با هدف بررسی دقیق عملکرد و قابلیت های این روش کنترلی، به شرح آن می پردازیم:

در روش کلیدزنی همزمان، ابتدا کلیدهای تمام سیستم قطع در نظر گرفته می شود، در این حالت سلف به طور کامل شارژ می شود. در نتیجه، جریان سلف از تمام خازن های خروجی سیستم عبور کرده و آنها را به طور همزمان شارژ می کند. درهر خازن dv/dt ثابت و مشخصی با توجه به ظرفیت خازن با سطح ولتاژی مناسبی تولید می شود. با فرض وجود خازن های مشابه(با ظرفیت یکسان) در سیستم ، سطح ولتاژ نهایی در میان همه خازن ها به طور مساوی به اشتراک گذاشته می شود. تولید توان پالسی و اعمال آن به بار پس از دشارژ منبع ولتاژ صورت می گیرد. این روند برای آماده سازی سیکل بعدی پالس تکرار خواهد شد.
سناریوی دیگری که می توان در نظر گرفت، کلید زنی جداگانه است که از مزیت های اجتناب ناپذیر برای این روش کنترلی ،کنترل واحد کلید های سیستم است. در این روش کنترلی ابتدا وضعیت کلیدهای سیستم، قطع در نظر گرفته می شود در نتیجه خازن ها به طور جداگانه شارژ می شوند. این وضعیت برای خازن های نامتقارن بسیار مفید و موثر است. این ویژگی، موجب می شود که خازن های مختلف کارایی متفاوتی با توجه به نحوه شارژ مجدد شان داشته باشند.
شکل (۲_-۱۵)روش کنترلی منبع ولتاژ در منابع توان پالسی پلاسما
۲.۳.۲روش کنترلی منبع جریان
در روش کنترلی منبع جریان، انرژی ذخیره شده در سلف می تواند بالقوه به سیستم پلاسما تحویل داده شود. بنابراین سلف شارژ شده، نشانگر یک منبع جریان برای منابع توان پالسی با بار پلاسما است. ترانزیستورS_w انرژی تحویلی را به سیستم پلاسما می دهد و سطح جریان را از طریق سلف کنترل می کند. زمانی که ترانزیستورS_w وصل است، منبع ولتاژ Dcسیستم(V_in) منابع توان پالسی، سلف را شارژ می کند. زمانی که در حالت قطع قرار دارد، انرژی ذخیره شده را به بار انتقال می دهد. شکل (۲-۱۶) روش کنترلی منبع جریان را نشان داده است.
یکی از مهم ترین مزایای این روش کنترلی، داشتن کنترل بر جریان بار و ولتاژ ورودی سیستم است به طوری که با غیر فعال شدن تغذیه منبع توان پالسی در زمان های کم باری سیستم پلاسما، از تلفات توان با فیدبکی از بار جلوگیری می شود. از مزایای دیگر آن، سادگی مدار است که منبع جریان مدل شده شامل: یک منبع ولتاژ DC سیستم توان پالسی، ۲ ترانزیستور، یک سلف و یک دیود است. هم چنین در این روش کنترلی، هیچ خازن اضافی به صورت موازی با منبع توان پالسی پلاسما با بار وجود ندارد و به عنوان منبع جریان نمی تواند dv/dt قابل توجهی را تولید کند و انرژی را به بار تحویل دهد.
شکل(۲_-۱۶)روش کنترلی منبع جریان مورد استفاده در منابع توان پالسی پلاسما
۳.۳.۲ روش کنترلی پسماند
روش کنترلی پسماند را می توان برای تخمین جریان سلفی و ولتاژ خروجی خازن یا برای محاسبه انرژی ذخیره شده در المان های اصلی(سلف و خازن) منابع توان پالسی پلاسما به کار برده می شود. در روش کنترلی پسماند امکان کنترل همزمان جریان سلف و ولتاژ خازن را داریم. هر چند که مطلوب است که مدار کنترلی ولتاژ پسماند خازن، برحسب جریان سلف (که به صورت یک منبع جریان است) ارائه شود. برای کنترل سطح جریان سلف و تعیین سیگنال کلیدزنی، کنترل جریان پسماند استفاده می شود. این روش کنترلی یک منبع جریان قابل تنظیم و کنترلی را برای سیستم پلاسما فراهم می کند. شکل (۲_-۱۷) نمونه ای از کنترل حلقه جریان پسماند را در یک سیستم توان پالسی نشان می دهد.
شکل (۲_-۱۷)کنترل حلقه جریان پسماند برای کنترل جریان سلفی در منابع توان پالسی پلاسما
البته در این روش کنترلی، کنترل کننده حلقه جریان باید از کنترل کننده حلقه ولتاژ سریعتر عمل کند. چالش مهم این مدار کنترلی به دست آوردن مقدار مناسب جریان سلفی است. برای این مدار کنترلی باید حداقل جریان را برای حفظ ولتاژ مرجع در خروجی بدست آوریم. از طرف دیگر باید در مدار کنترلی، مقدار جریان اضافی که در سلف ذخیره می شود تا راندمان و قابلیت اطمینان بالایی داشته باشیم، تعیین کنیم. این مقدار را با بهره گرفتن از روابط مرجع]۲۹[ محاسبه می کنیم. شکل (۲_-۱۹) نمونه ای از روش کنترلی پسماند را برای یک منبع توان پالسی با توپولوژی مبدل باک _– بوست مثبت با دو خروجی را نشان می دهد.
شکل (۲_-۱۸) روش کنترلی پسماند برای منابع توان پالسی پلاسما
باید توجه داشت که نباید این مقدار خیلی بزرگ در نظر گرفته شود زیرا منجر به افزایش فرکانس کلیدزنی و تلفات در منابع توان پالسی پلاسما می شود. بنابراین فرکانس کلیدزنی منبع جریان باید برای به حداقل رساندن تلفات توان در فرایند کلید زنی، کم باشد و به منظور کاهش تلفات کلیدزنی، زمان دشارژ باید افزایش یابد و این بدین معنی است که افت ولتاژ منفی در دو سر سلف کاهش می یابد.
۴.۲ نتیجه گیری
با مطالعه و بررسی چندین توپولوژی و روش های کنترلی آن در منابع توان پالسی پلاسما می توان دریافت که برای دست یابی به قابلیت اطمینان و راندمان بالا در منابع توان پالسی با در نظر گرفتن تمام جوانب و آیتم های کلیدی آن از جمله : گستردگی و سادگی مدار، انعطاف پذیری، نوآوری و قابلیت اجرا بودن و… در سیستم های پلاسما و با توجه به جدول های (۲_-۱) و(۲_-۲) و بررسی امکانات و محدودیت های توپولوژی های موجود، توپولوژی مبتنی بر مبدل های dc_-dc ( از نوع مبدل باک_- بوست مثبت) با روش کنترلی قدرتمند منبع ولتاژ، انتخاب می شود. زیرا که این روش کنترلی تمام حالات کلیدزنی و آرایش های مختلف توپولوژی پیشنهادی را پوشش می دهد و انعطاف پذیری بسیار زیادی دارد. فصل بعدی به صورت مفصل درباره توپولوژی پیشنهادی و استراتژی کنترلی انتخاب شده بحث می شود.
فصل سوم
طراحی توپولوژی پیشنهادی مبتنی بر مبدل باک _– بوست مثبت برای منابع توان پالسی مورد استفاده در پلاسما
۱.۳ مقدمه
بهبود راندمان و قابلیت اطمینان در منابع توان پالسی با توجه به کاربرد آن در پلاسما، ارتباط اساسی با مشخصات سیستم های توان پالسی دارد. اخیرا با توجه به استفاده متعدد از منابع توان پالسی در حوزه های صنعتی و هسته ای، تحقیقات و بررسی زیادی در زمینه استفاده بهینه فناوری توان پالسی در پلاسما صورت گرفته است. با توجه به مطالعات صورت گرفته در این زمینه و بررسی مقایسه ای توپولوژی های موجود، که نتایج آن به صورت خلاصه در جدول (۳_-۱) آمده است. این تحقیق یک توپولوژی جدید مبتنی بر مبدل باک _– بوست مثبت پیشنهاد می دهد که با بهره گرفتن از روش های کنترلی مرسوم و شناخته شده در منابع توان پالسی پلاسما، کنترل شدت جریان را در حالت تغذیه بارامکان پذیر می سازد. برای انتخاب روش کنترلی مناسب با توجه به آیتم های کلیدی راندمان و قابلیت اطمینان، با بررسی مزایا و معایب آن در یک کاربرد مشابه (مبدل باک _– بوست مثبت ) می توان به نتایج واحدی دست یافت. بنابراین با طراحی توپولوژی پیشنهادی و انتخاب روش کنترلی مناسب می توان ولتاژ خروجی بهتری با توجه به نوسانات ولتاژ ورودی و تغییرات بار بدست آورد.
جدول(۳_-۱) شاخصه های کلیدی توپولوژی های مورد استفاده در منابع توان پالسی پلاسما