یک مبدل بسیار افزاینده جدید با کلیدزنی نرم و قابلیت افزایش شاخه های موازی بدون نیاز به مدار کمکی جدید

محورهای موضوعی : انرژی های تجدیدپذیر

ایمان اسحق پور ¹ , مجید دلشاد ² , سعید جوادی ³

1 - دانشکده مهندسی برق- واحد کاشان، دانشگاه آزاد اسلامی، کاشان، ایران
2 - دانشکده فنی مهندسی- واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
3 - دانشکده مهندسی برق- واحد کاشان، دانشگاه آزاد اسلامی، کاشان، ایران

تاریخ دریافت : 1400/09/08 تاریخ پذیرش : 1401/01/21 تاریخ انتشار : 1402/09/01

کلید واژه: کلیدزنی در جریان صفر, استرس ولتاژ پایین, کلیدزنی در ولتاژ صفر, مبدل بسیار افزاینده, سلف‌های تزویج شده ضربدری,

چکیده مقاله :

در این مقاله یک مبدل بسیار افزاینده درهم تنیده با مدار کمکی ساده ارایه شده است. مدار کمکی پیشنهادی دارای سلف های تزویج شده با سلف های اصلی مبدل است و شرایط کلیدزنی در ولتاژ صفر را برای کلیدهای اصلی مبدل فراهم می کند. از طرفی کلید کمکی و دیودهای مدار کمکی دارای کلیدزنی در جریان صفر هستند و به همین دلیل تلفات محسوسی به مبدل تحمیل نمی کنند. از دیگر ویژگی مدار کمکی امکان افزایش شاخه های موازی مبدل افزاینده بدون اضافه کردن مدار کمکی جدید است، لذا مبدل می تواند به راحتی برای توان های بسیار بالا نیز طراحی گردد. مبدل پیشنهادی از روش سلف های تزویج شده ضربدری با خازن های بالابرنده سری برای افزایش بهره ولتاژ و کاهش استرس ولتاژ روی کلیدهای اصلی، استفاده کرده است. مبدل بسیار افزاینده پیشنهادی به طور مشروح تحلیل گشته و یک نمونه عملی از آن در توان 100 وات پیاده سازی گردیده است. نتایج عملی درستی عملکرد مدار و تحلیل های تئوری را تایید می کنند.

چکیده انگلیسی:

In this paper, an interleaved high step-up converter with a simple auxiliary circuit is presented. The proposed auxiliary circuit has the coupled inductor with the input inductors of the converter and provides zero voltage switching conditions for the main switches of the converter. On the other hand, auxiliary switches and diodes of auxiliary circuit operate under zero current condition and therefore do not impose significant losses on the converter. The auxiliary circuit is modular and can apply to more phases of the converter. Therefore, the converter can be easily designed for very high power applications. The proposed converter uses the cross-coupled inductors technique with series lift capacitors to increase the voltage gain and reduce the voltage stress on the main switches. Also, leakage inductance energy can be easily absorbed by the clamp capacitors and helps to increasing the voltage gain. The proposed high step-up converter has been analyzed in detail and a practical prototype has been implemented at 100W. The experimental results confirm the correctness of the operation of the circuit and the theoretical analysis.

منابع و مأخذ:

[1] B. Fani, M. Delshad, "Design and implementation of a new current fed converter with zero current switching conditions", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 1, no. 3, pp 11-18, Nov. 2010 (dor: 20.1001.1.23223871.1389.1.3.2.5).

[2] O. Sharifiyana, M. Dehghani, G. Shahgholian, S.M.M. Mirtalaei, M. Jabbari, "An overview of the structure and improvement of the main parameters of non-isolated dc/dc boost converters", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 12, no. 48, pp. 1-29, Mar. 2022 (dor: 20.1001.1.232238­71.140­0.12.4­8.6.6).

[3] M. Mirtalaee, R.A. Nafchi, “Boost high step-up dc/dc converter with coupled inductors and diode-capacitor technique”, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 10, no.39, pp. 3-12, Nov. 2019 (dor: 20.1001.1.23223871.1398.10.39.1.9).

[4] M. L. Alghaythi, R. M. O’Connell, N. E. Islam, M. M. S. Khan, J. M. Guerrero, "A high step-up interleaved DC-DC converter with voltage multiplier and coupled inductors for renewable energy systems," IEEE Access, vol. 8, pp. 123165-123174, 2020, (doi: 10.1109/ACCESS.2020.3007137).

[5] A. Amoorezaei, A. Abrishamifar, "An efficient interleaved high step-up converter with winding-cross-coupled inductor and common active clamp for photovoltaic applications", Proceeding of the IEEE/ICEE, pp. 1429-1434, Tehran, Iran , May 2017 (doi: 10.1109/IranianCEE.2017.7985267).

[6] T. Nouri, S.H. Hosseini, E. Babaei, J. Ebrahimi, “Interleaved high step-up dc–dc converter based on three-winding high-frequency coupled inductor and voltage multiplier cell”, IET Power Electron, vol. 8, no. 2, pp. 175-189, Feb. 2015 (doi: 10.1049/iet-pel.2014.0165).

[7] K.C. Tseng, J.Z. Chen, J.T. Lin, C.C. Huangand, T.H. Yen, “High step-up interleaved forward-flyback boost converter with three-winding coupled inductors”, IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 30, no. 9, pp.4696-4703, Sept. 2015 (doi: 10.1109/TPEL.2014.2364292).

[8] 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. on Power Electronics, vol. 26, no. 4, pp. 1146-1153, April. 2011 (doi: 10.1109/TPEL.2010.2090362).

[9] M. Forouzesh, Y. Shen, K. Yari, Y.P. Siwakoti, F. Blaabjerg, “High-efficiency high step-up DC-DC converter with dual coupled inductors for grid-connected photovoltaic systems”, IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 33, no. 7, pp. 5967-5982, July. 2018 (doi: 10.1109/TPEL.2017.2746750).

[10] R. Beiranvand, S.H. Sangani, "A family of interleaved high step-up dc-dc converters by integrating a voltage multiplier and an active clamp circuits", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 37, no. 7, pp. 8001-8014, July 2022 (doi: 10.1109/TPEL.2022.3141941).

[11] S.M. Chen, T.J. Liang, L.S. Yang, J.F. Chen, “A boost converter with capacitor multiplier and coupled inductor for AC module applications”, IEEE Trans. on Indstrail Electronics, vol. 60, pp. 1503-1511, April 2013 (doi: 10.1109/TIE.2011.2169642).

[12] J.W. Baek, M.H. Ryoo, T.J. Kim, D.W. Yoo, J.S. Kim, “High boost converter using voltage multiplier”, Proceeding of the IEEE/IECON, pp. 567–572,  Raleigh, NC, USA, Nov. 2005 (doi: 10.1109/IECON.2005.1­568­967).

[13]  Y. Zheng, B. Brown, W. Xie, S. Li, K. Smedley, "High step-up DC–DC converter with zero voltage switching and low input current ripple", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 35, no. 9, pp. 9416-9429, 2020 (doi: 10.1109/TPEL.2020.2968613).

[14]  P. Alavi, P. Mohseni, E. Babaei, V. Marzang, "An ultra-high step-up DC–DC converter with extendable voltage gain and soft-switching capability", IEEE Trans. on Indstrial Electronics, vol. 67, no. 11, pp. 9238-9250, Nov. 2020 (doi: 10.1109/TIE.2019.2952821).

[15] M. Meraj, M.S. Bhaskar, A. Iqbal, N. Al-Emadi, S. Rahman, "Interleaved multilevel boost converter with minimal voltage multiplier components for high-voltage step-up applications", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 35, no. 12, pp. 12816-12833, Dec. 2020 (doi: 10.1109/TPEL.2020.2992602).

[16] M.S. Bhaskar, D.J. Almakhles, S. Padmanaban, F. Blaabjerg, U. Subramaniam, D.M. Ionel, "Analysis and investigation of hybrid DC–DC non-isolated and non-inverting nx interleaved multilevel boost converter (Nx-IMBC) for high voltage step-up applications: hardware implementation", IEEE Access, vol. 8, pp. 87309-87328, 2020 (doi: 10.1109/ACCESS.2020.2992447).