طراحی، شبیه سازی و پیاده‌سازی یک مبدل بوست سه سطحی بهره بالا با سلف کوپل‌شده و مدار کلمپ پسیو
محورهای موضوعی : انرژی های تجدیدپذیر
محسن سلطانی
1
(کارشناس ارشد - دانشکده مهندسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران)
سید محمد مهدی میرطلائی
2
(استادیار – دانشکده مهندسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران)
کلید واژه: مبدل باک-بوست, مبدل بوست, استرس ولتاژ, سلفهای کوپل شده, مبدلهای بهره بالا,
چکیده مقاله :
پیشرفت‌های اخیر در منابع انرژی تجدیدپذیر نیاز به مبدل های DC-DC بهره بالا و بازده بالا را ایجاد کرده است. این نیازها عمدتاً از طریق استفاده از ترانسفورمرهای فرکانس بالا برای دستیابی به بهره ی مورد نیاز و مطلوب برآورده می شود. راه حل های الکترونیک قدرتی مبتنی بر پیکربندی های چند مبدله، راه حل های مقرون به صرفه ای را توسط تلفیق تعدادی از اجزا در توان ورودی و خروجی فراهم می کند. در این مقاله در ابتدا به بررسی برخی از ساختارهایی که تاکنون به هدف دست یابی به یک مبدل بهره بالا ارائه شده اند، پرداخته و در مورد معایب و مزایای هر کدام، بحث شده است. مبدل پیشنهادی در راستای کاهش استرس ولتاژ مبدل های بهره بالای مبتنی بر سلف کوپل شده و مدار کلمپ پسیو ارائه شده است. استرس ولتاژ سوئیچ این مبدل پیشنهادی در شرایط یکسان از استرس ولتاژ مبدل بوست عادی کمتر می باشد. همچنین در این ساختار با استفاده از مدار کلمپ پسیو نوسانات دو سر سوئیچ به مقدار محدودی کلمپ می شود و در نهایت با استفاده از این تکنیک می توان به بهره و بازده بالا با انتخاب مناسب ضریب وظیفه دست یافت. در این مقاله برای بررسی نحوه عملکرد مبدل های پیشنهادی از تحلیل های نظری استفاده شده است و برای بررسی درستی تحلیل های نظری نتایج شبیه سازی مبدل در نرم افزار PSPICE، گزارش شده است.
Recent developments in renewable energy sources has created demands for high step-up and high efficiency DC-DC converters. This demands are fulfilled basically through the use of high frequency transformer to achieve the required and desired gain. Power electronics solutions based on multi-converter structures provides economic methods for input and output power by combining a number of components. In this paper some of structures reviewed that have been proposed to achieve a high step-up converter and the advantages and disadvantages of these converters are discussed. The proposed converter is provided in order to reduce the voltage stress of high step-up converters based on coupled inductor and passive clamping circuit. The voltage stress of switches in the proposed converter is less than a simple boost converter also in this structure with using passive clamping circuit the oscillation of both sides of the switches is a little clamped and finally by using this technique it can achieve high gain by selecting the appropriate duty cycle. In this paper to review the principle of operation of the proposed converter theoretical analysis are provided and to verify the results of theoretical analysis of the proposed converter is given with its PSPICE simulation.
[1] M. D. Bougrine, A. Benalia, M. H. Benbouzid, "Simple sliding mode applied to the three-level boost converter for fuel cell applications", Proceeding of the IEEE/ CEIT, pp. 1-6, Tlemcen, Algeria, May 2015.
[2] M. Das, V. Agarwal, "Design and analysis of a high-efficiency DC-DC converter with soft switching capability for renewable energy applications requiring high voltage gain", IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 63, No. 5, pp. 2936-2944, May 2016.
[3] K. Jung-Min, K. Bong-Hwan, "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, No. 1, pp. 108-115, Jan. 2009.
[4] T. Kerekes, R. Teodorescu, U. Borup, "Transformerless photovoltaic inverters connected to the grid", Proceeding of the IEEE/APEC, pp. 1733-1737, Anaheim, CA, USA, March 2007.
[5] S. Jemei, D. Hissel, M.C. Pera, J.M. Kauffmann, "A new modeling approach of embedded fuel-cell power generators based on artificial neural network", IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 55, No. 1, pp. 437-447, Jan. 2008.
[6] K. I. Hwu and Y.T. Yau, "An interleaved ac-dc converter based on current tracking", IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 56, No. 5, pp. 1456-1463, May 2009.
[7] G. Franceschini, E. Lorenzani, M. Cavatorta, A. Bellini, "3boost: A high-power three-phase step-up full-bridge converter for automotive applications", IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 55, No. 1, pp. 173-183, Jan. 2008.
[8] C.M. de Oliveira Stein, J.R. Pinheiro, H.L. Hey, "A ZCT auxiliary commutation circuit for interleaved boost converters operating in critical conduction mode", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 17, No. 6, pp. 954-962, Nov. 2002.
[9] G. Spiazzi, S. Buso, "Small-signal modeling of the interleaved boost with coupled inductors converter", Proceeding of the IEEE/COBEP, Gramado, Brazilian, pp. 456-461, Oct. 2013.
[10] H. Xudong, W. Xiaoyan, T. Nergaard, L. Jih-Sheng, X. Xingyi, L. Zhu, "Parasitic ringing and design issues of digitally controlled high power interleaved boost converters", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 19, No. 5, pp. 1341-1352, Sep. 2004.
[11] Y. Gang, C. Alian, H. Xiangning, "Corrections to "Soft switching circuit for interleaved boost converters"", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 22, No. 2, pp. 712-712, March 2007.
[12] J. Li, X. Yang, P. Fan, "Improved small signal modeling and analysis of the PI controlled boost converter", Proceeding of the IEEE/ICECC, pp. 3763-3767, Ningbo, China, Sep. 2011.
[13] F. Xiaoyun, S. Wensheng, X. Ge, "A novel single-phase three-level PWM rectifier with asymmetrical legs", Proceeding of the IEEE/ICEMS, pp. 1820-1825, Wuhan, China, Oct. 2008.
[14] L. Quan, P. Wolfs, "A review of the single phase photovoltaic module integrated converter topologies with three different DC link configurations", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 23, No. 3, pp. 1320-1333, May 2008.
[15] L. Yuang-Shung, Y. Ling-Chia, C. Tzu-Han, "High voltage conversion ratio cascade boost converter with DC snubber", Proceeding of the IEEE/IPEC, pp. 208-215, Hiroshima, Japan, Japan, May 2014.
[16] P. Das, M. Pahlevaninezhad, A.K. Singh, "A novel load adaptive ZVS auxiliary circuit for PWM three-level DC-DC converters", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 30, No. 4, pp. 2108-2126, April 2015.
[17] A. Ajami, H. Ardi, A. Farakhor, “A novel high step-up dc/dc converter based on integrating coupled inductor and switched-capacitor techniques for renewable energy applications”, IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 30, No. 8, pp. 4255–4263, Aug. 2015.
[18] B.R. Lin, J.J. Chen, "Analysis and implementation of a soft switching converter with high-voltage conversion ratio", IET Power Electronics, Vol. 1, No. 3, pp. 386-394, Aug. 2008.
[19] G.C. Silveira, F. Tofoli, L.S. Bezerra, R. Torrico-Bascope, “A nonisolated dc-dc boost converter with high voltage gain and balanced output voltage”, IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 61, No. 12, pp. 6739–6746, Dec. 2014.
[20] C. Woo-Young, Y. Ju-Seung, C. Jae-Yeon, "High efficiency dc-dc converter with high step-up gain for low PV voltage sources", Proceeding of the IEEE/ECCE, pp. 1161-1163, Jeju, South Korea, May/June 2011.