ارائه یک مبدل dc-dc جدید بدون ترانسفورماتور با ضریب بهره بهبود یافته و تنش ولتاژ کم در دو سر کلید

محورهای موضوعی : انرژی های تجدیدپذیر

حسین اژدرفائقی بناب ¹ (کارشناس ارشد - دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران)
محمد رضا بنائی ² (استاد - دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران)

تاریخ دریافت : 1394/04/02 تاریخ پذیرش : 1395/06/06 تاریخ انتشار : 1395/07/10

کلید واژه: مبدلdc-dc بدون ترانسفورماتور با ضریب بهره بالا, افزاینده مرسوم, بهره ولتاژ,

چکیده مقاله :

در این مقاله یک مبدل dc-dc تک کلیده بدون ترانسفورماتور جدید با ضریب بهره بالا و تنش ولتاژ کم در دو سر کلید پیشنهاد می‌شود. در مبدل پیشنهادی تنها یک کلید به کار رفته است به همین دلیل کنترل آن ساده می‌باشد و تلفات هدایتی کلید نیز در مبدل پیشنهادی پائین می‌باشد. بهره ولتاژ مبدل پیشنهادی در مقایسه با مبدل افزاینده مرسوم و کاهنده-افزاینده بالاتر می‌باشد و مبدل پیشنهادی در ناحیه وسیع‌تری نسبت به مبدل‌های مرسوم می‌تواند کار ‌کند. مبدل پیشنهادی تنش ولتاژ کمی در دو سر کلید ایجاد می‌کند که باعث کاهش تلفات هدایتی کلید می‌شود. این مبدل در دو رژیم هدایت پیوسته و رژیم هدایت ناپیوسته می‌تواند کار کند. در این مقاله ضمن ارائه مدهای کاری مختلف مبدل پیشنهادی در دو رژیم هدایت به محاسبات مربوط به بهره، جریان‌های عبوری از عناصر، بازده و اندازه ریپل ولتاژ خازن‌ها پرداخته می‌شود. برای اثبات درستی محاسبات و عملکرد صحیح مبدل پیشنهادی نتایج شبیه‌سازی در محیط نرم‌افزار PSCAD و نیز نتایج عملی ارائه می‌شود.

چکیده انگلیسی:

In this paper, a single switch transformerless high step up dc-dc converter with low voltage stress on the switch is proposed. In the proposed converter only one switch is used which makes the control scheme simple as well as reducing the switching power loss. The voltage gain of the proposed converter is higher than the conventional boost converter and buck boost converter and Proposed converter works in wide rang than conventional converters. The proposed converter has low voltage stress on the switch which makes reducing the switching power loss. The proposed converter can be operated in the continuous conduction mode (CCM) and the discontinuous conduction mode (DCM). In this paper, different operation modes of the proposed converter, calculation of the voltage gain, the currents that flow through the components, efficiency and capacitors voltage ripple are presented. To verify the operation of the proposed converter, simulation results via PSCAD software and experimental results are provided.

منابع و مأخذ:

[1] R.W. Erickson, D. Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics, 2nd ed. Norwell, MA, USA: Kluwer, 2001.

[2] A.I. Pressman, Switching Power Supply Design, 2nd ed. New York, NY,USA: McGraw-Hill, 1998.

[3] B.R. Lin, F.Y. Hsieh, J.J. Chen, “Analysis and implementation ofa bidirectional converter with high converter ratio,” in Proc. IEEE ICIT, pp. 1–6.

[4] B. Axelrod, Y. Berkovich, A. Ioinovici, “Transformerless DC–DC converters with a very high DC line-to-load voltage ratio,” in Proc. IEEE Int. Symp. Circuits Syst. (ISCAS), 2003, pp. III435–III438.

[5] R.J. Wai, R.Y. Duan, “High-efficiency DC/DC converter with high voltage gain,” IEE Proc. Inst. Elect. Eng.-Electr., Power Appl, Jul. 2005, vol.152, no.4, pp.793–802

[6] N.P. Papanikolaou, E.C. Tatakis, “Active voltage clamp in flyback converters operating in CCM mode under wide load variation,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 51, no. 3, pp. 632-640, Jun 2004.

[7] Kwon J.M., Kwon B.H, “High Step-Up Active-Clamp Converter With Input-Current Doubler and Output-Voltage Doubler for Fuel Cell Power Systems,” IEEE Trans on Power Electronics., vol. 24, pp. l08-115. Jan 2009.

[8] N.P. Papanikolaou, E.C. Tatakis, “Active voltage clamp in flyback converters operating in CCM mode under wide load variation,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 51, no. 3, pp. 632-640, Jun 2004.

[9] B.R. Lin, F.Y. Hsieh, J.J. Chen, “Analysis and implementation of a bidirectional converter with high converter ratio,” IEEE ICIT., 08, pp.1-6, 2008.

[10] B. Axelrod, Y. Berkovich, A. Ioinovici, “Switched capacitor switched-inductor structures for getting transformerless hybrid DC-DC PWM converters,” IEEE Transactions on Circuits and System I Regular Paper., vol. 55, no. 2, pp. 68(12)-696, Mar 2008

[11] Tseng KC, Huang CC. High step-up “high-efficiency interleaved converter with voltage multiplier module for renewable energy system,” IEEE Trans. Ind Electron., 2014; 61(32): 1311e9.

[12] Li W, Xiang X, Li C, Li W, He X. “Interleaved high step-up ZVT converter with built-in transformer voltage doubler cell for distributed PV generation system,” IEEE Trans. Ind Electron ., 2013;28(1):300e13.

[13] Fardoun AA, Ismail EH. “Ultra step-up DC-DC converter with reduced switch stress,” IEEE Trans. Ind Electron., Appl., 2010; 46(5): 2025e34.

[14] S.M. Chen, T.J. Liang, L.S. Yang, J.F. Chen, “A cascaded high step-up DC–DC converter with single switch for microsource applications,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 26, no. 4, pp. 1146–1153, Apr 2011.

[15] R.J.Wai, C.Y. Lin, R.Y. Duan, Y.R. Chang, “High-efficiency power conversion system for kilowatt-level stand-alone generation unit with low input voltage,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 10, pp. 3702–3714, Oct 2008

[16] S.V. Araujo, R.P. Torrico-Bascope, G.V. Torrico-Bascope, “Highly efficient high step-up converter for fuel-cell power processing based on three-state commutation cell,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 6, pp. 1987–1997, Jun 2010.

[17] S.C. Tan, M. Nur, S. Kiratipongvoot, S. Bronstein, Y.M. Lai, C.K. Tse, A. Ioinovici, “Switched-capacitor converter configuration with low EMI emission obtained by interleaving and its large-signal modeling,” inProc. IEEE Int. Symp. Circuits Syst., pp. 1081–1084, May 2009.

[18] M.H. Todorovic, L. Palma, P.N. Enjeti, “Design of a wide input range DC–DC converter with a robust power control scheme suitable for fuel cell power conversion,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 3, pp. 1247–1255, Mar 2008.

[19] D. Gu, D. Czarkowski, A. Ioinovici, “A large DC-gain highly efficient hybrid switched-capacitor-boost converter for renewable energy systems,” in Proc. IEEE Energy Convers. Congr. Expo. ECCE, pp. 2495–2500, Sep 2011.