مبدل افزاینده درهم‌تنیده جدید با بازیابی انرژی سلف‌های نشتی و راندمان بالا

محورهای موضوعی : مبدل های الکترونیک قدرت

حسین تلگینی ¹ (دانشکده فنی مهندسی- واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران)
مجید دلشاد ² (دانشکده فنی مهندسی- واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران)
رامتین صادقی ³ (دانشکده فنی مهندسی- واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران)

تاریخ دریافت : 1401/03/23 تاریخ پذیرش : 1401/07/22 تاریخ انتشار : 1403/09/01

کلید واژه: مبدل افزاینده, کلیدزنی در ولتاژ صفر, کلیدزنی درجریان صفر, مشکل بازیابی معکوس, ساختار درهم‌تنیده,

چکیده مقاله :

در این مقاله یک مبدل درهم تنیده افزاینده جدید با بازیابی انرژی سلف های نشتی ارایه شده است. در واقع مدار کمکی در مبدل پیشنهادی نه تنها شرایط کلیدزنی در ولتاژ صفر را برای تمام سوییچ ها فراهم می کند بلکه طرفی انرژی سلف نشتی سلف های تزویج شده بازیابی شده و به افزایش بهره و کاهش استرس سوییچ ها نیز کمک می کند. به همین علت نیازی به مدارهای کلمپ غیرفعال برای مهار جهش های ولتاژ دو سر سوییچ ها ندارند. از طرفی کلیدزنی تمام سوییچ ها به صورت کلیدزنی در ولتاژ صفر است و در نتیجه تلفات روشن شدن خازنی در سوییچ ها وجود ندارد. از طرفی دیودهای خروجی به صورت کلیدزنی در جریان صفر عمل کرده و مشکل بازیابی معکوس ندارند. همچنین کنترل مبدل به صورت مدولاسیون پهنای پالس است و از آنجایی که سوییچ های کمکی به صورت مکمل با سوییچ های اصلی روشن می شوند، مدار کنترل پیچیده ای ندارند. مبدل پیشنهادی به صورت کامل تحلیل شده و برای تایید درستی آن، یک نمونه 100 وات از مبدل ساخته شده و نتایج آزمایشگاهی آن ارایه گردیده است.

چکیده انگلیسی:

In this paper, a new interleaved step-up converter with leakage inductances energy recovery is presented. The auxiliary circuit in the proposed converter not only provides zero voltage switching conditions for all switches, but also the leakage inductance energy of the coupled inductors is recovered and also helps to increase the voltage gain and reduce the voltage stress of the switches. Therefore, the converter does not need passive clamp circuits to control voltage spikes on the switches. Also, all switches do not have capacitive turn-on losses in the switches. On the other hand, the output diodes operate under zero current switching and do not have the reverse recovery problem. The converter is also controlled by pulse width modulation, and since the auxiliary switches are turned on in complimentary with the main switches, they do not have a complex control circuit. The proposed converter has been completely analyzed and to confirm its correctness, a 100W sample of the converter has been made and its practical results have been presented.

منابع و مأخذ:

[1] 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).

[2] H. Shojaeian, S. Hasanzadeh, S.M. Salehi, "A single switch high voltage gain dc-dc converter based on coupled inductor and switched-capacitor for renewable energy systems", Proceeding of the IEEE/PEDSTC, pp. 1-6, Tabriz, Iran, Feb. 2021 (doi: 10.1109/PEDSTC52094.2021.9405931).

[3] Y.E. Wu, Y.T. Ke, "A novel bidirectional isolated dc-dc converter with high voltage gain and wide input voltage", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 36, no. 7, pp. 7973-7985, July 2021 (doi: 10.1109/TP­EL.2­020­.3045986).

[4] S. Folmer, R. Stala, "DC-DC high voltage gain switched capacitor converter with multilevel output voltage and zero-voltage switching", IEEE Access, vol. 9, pp. 129692-129705, Sept. 2021 (doi: 10.1109/ACCESS.20­21.31­11546).

[5] D. Taheri, G. Shahgholian, M.M. Mirtalaei, "Analysis, design and implementation of a high step-up multi-port non-isolated converter with coupled inductor and soft switching for photovoltaic applications", IET Gener­ation, Transmission and Distribution, vol. 16, no. 17, pp. 3473-3497, Sept. 2022 (doi: 10.1049/gtd2.125­3­7).

[6] M. Forouzesh, Y. Shen, K. Yari, Y. P. Siwakoti and 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).

[7] 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).

[8] 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, Sept. 2020 (doi: 10.1109/TPEL.2020.2968613).

[9] S.H. Mozafarpoor-Khoshrodi, G. Shahgholian, "Improvement of perturb and observe method for maximum power point tracking in wind energy conversion system using fuzzy controller", Energy Equipment and Systems, Vol. 4, No. 2, pp. 111-122, Dec. 2016 (doi: 10.22059/EES.2016.23031).

[10] O. Abdel-Rahim, H. Wang, "A new high gain DC-DC converter with model-predictive-control based MPPT technique for photovoltaic systems", CPSS Trans. on Power Electronics and Applications, vol. 5, no. 2, pp. 191-200, June 2020 (doi: 10.24295/CPSSTPEA.2020.00016).

[11] 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 Electronics, vol. 8, no. 2, pp. 175-189, Feb. 2015 (doi: 10.1049/iet-pel.2014.0165).

[12] 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).

[13] K. Tseng, J. Lin, C. Huang, "High step-up converter with three-winding coupled inductor for fuel cell energy source applications",  IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 30, no. 2, pp. 574-581, Feb. 2015 (doi: 10.1109/TPEL.2014.2309793).

[14] G. Haghshenas, S.M.M. Mirtalaei, H. Mordmand, G. Shahgholian,"High step-up boost-flyback converter with soft switching for photovoltaic applications", Journal of Circuits, Systems, and Computers, vol. 28, no. 1, pp. 1-16, Jan. 2019  (doi: 10.1142/S0218126619500142).

[15] M. Mokhtar, M.I. Marei, A.A. El-Sattar, "An adaptive droop control scheme for DC microgrids integrating sliding mode voltage and current controlled boost converters", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 10, no. 2, pp. 1685-1693, March 2019 (doi: 10.1109/TSG.2017.2776281).

[16] O.H, Naeini, M. Shaneh, M. Mohammadi, "Soft switching interleaved boost converter with simple auxiliary circuit and reduced voltage stress", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 13, no. 52, pp. 111-120, March 2023 (dor: 20.1001.1.23223871.1401.13.52.8.3).

[17] 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).

[18] 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 .(

[19] I. Es-haghpour, M. Delshad, S. Javadi, "A new soft switching high step-up converter ability to increase parallel branches without the need for a new auxiliary circuit", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 14, no. 55, pp. 43-54, Dec 2023 (dor: 20.1001.1.23223871.1402.14.55.4.2).

[20] S.W. Seo, J.H. Ryu, Y. Kim, H.H. Choi, "Transformerless quadruple high step-up dc/dc converter using coupled inductors",  IEEE Access, vol. 10, pp. 26501-26513, 2022 )doi: 10.1109/ACCESS.2022.3156947(.

[21] N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design", 3^rd Edition, Oct. 2002.