یک مبدل بوست کلید زنی نرم با مدار اسنابر اکتیو سلف تزویج شده

محورهای موضوعی : مهندسی برق الکترونیک

هادی فائزی ¹ (دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران)
مجید زمانی ² (پژوهشکده علوم و فناوری اپتیک و لیزر، مجتمع دانشگاهی علوم کاربردی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین‌شهر، اصفهان، ایران)
محمد علی لطیف زاده ³ (دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران)

تاریخ دریافت : 1401/11/20 تاریخ پذیرش : 1402/01/21 تاریخ انتشار : 1402/06/01

کلید واژه: مدار اسنابر اکتیو, سلف تزویج شده, سوئیچینگ نر م, مبدل بوست, مبدل DC-DC,

چکیده مقاله :

در این مقاله یک مبدل بوست جدید با شرایط کلید زنی نرم ارائه‌شده است. در این ساختار پیشنهادی یک مدار اسنابر فعال بدون تلفات شامل یک کلید کمکی، سه دیود، یک خازن و یک سلف تزویج، شرایط کلید زنی نرم را برای کلید اصلی و دیود خروجی فراهم می‌کنند. بدین‌صورت که کلید اصلی به ترتیب تحت شرایط ZCS و ZVS و دیود خروجی تحت شرط ZCS روشن و خاموش می‌شوند. عملکرد مدار اسنابر با تنش جریانی پایین روی کلید اصلی و تنش پایین جریانی و ولتاژی روی دیود خروجی همراه است. مبدل پیشنهادی قادر است در یک رنج وسیعی از تغییرات بار خروجی و ولتاژ ورودی شرایط کلید زنی نرم را فراهم کند. اصول کاری، بررسی حالت دائم و طراحی این مبدل با جزئیات در این مقاله بحث گردید. همچنین برای تأیید نتایج تئوری یک نمونه آزمایشگاهی ساخته و تست شده است. با توجه به نتایج حاصل از تست‌های آزمایشگاهی، نتایج تئوری تأیید شده است.

چکیده انگلیسی:

In this paper, a new soft switching boost converter is presented. A lossless active snubber circuit including an auxiliary switch, three diodes, a capacitor and a coupled-inductor provides soft switching conditions for the main switch and the output diode, so that the main switch and the output diode operate under ZCS and ZVS conditions, respectively. They turn on and off under the ZCS condition. The operation of the snubber circuit is associated with low current stress on the main switch and low current and voltage stress on the output diode. The proposed converter is able to maintain the smooth switching condition in a wide range of output load and input voltage variations. Working principles, steady state analysis and design procedure of this converter are discussed in detail. Also, to confirm the theoretical results, a laboratory sample is made and tested. It should be noted that, The laboratory results confirm the theoretical results comprehensively.

منابع و مأخذ:

1. H. Bahrami, E. Adib, S. Farhangi, H. Iman‐Eini and R. Golmohammadi, "ZCS‐PWM interleaved boost converter using resonance‐clamp auxiliary circuit", IET Power Electronics, vol. 10, no. 3, pp. 405-412, 2017, doi: 10.1049/iet-pel.2016.0267.


2. M. Delzendeh Sarfejo, H. Allahyari, H. Bahrami, A. Afifi, M. Latif Zadeh, E. Yavari and M. Ghavidel Jalise, "A passive compensator for imbalances in current sharing of parallel-SiC MOSFETs based on planar transformer", IET Power Electronics, vol. 14, no. 14, pp. 2400-2412, 2021, doi: 10.1049/pel2.12188.


3. H. Bahrami, H. Allahyari and E. Adib, "An improved wide ZVS soft‐switching range PWM bidirectional forward converter for low power applications with simple control circuit", IET Power Electronics, 2022, doi: 10.1049/pel2.12334.


4. C.J.Tseng, and C.L. Chen, "Passive lossless snubbers for DC/DC converters," in proc.IEEE circuits, Devices Syst., vol. 145, no. 6, pp. 396-401, 1998, doi: 10.1109/APEC.1998.654027.


5. H. Bahrami, H. Iman‐Eini, B. Kazemi and A. Taheri, "Modified step‐up boost converter with coupled‐inductor and super‐lift techniques", IET Power Electronics, vol. 8, no. 6, pp. 898-905, 2015, doi: 10.1049/iet-pel.2014.0691.


6. T. H. Li. River, H.S.H. Chung, and K. T. S. Anson, "Passive snubber for boost PFC with minimum voltage and current stress," IEEE Transaction on Power Electronics, vol.55, no. 1, pp.471-473, Jan. 2008, doi: 10.1109/ECCE.2009.5316217.


7. T.Zhan, Y.Zhang, J. Nie, Y. Zhang, Zhao. Zhengming, "A novel soft-switching boost converter with magnetically coupled resonant snubber," IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 29, no. 11, pp. 5687-5680, 2014, doi: 10.1109/TPEL.2013.2295887.


8. C. J. Tseng and C. L. Chen, “A passive snubber cell for non-isolated PWM dc/dc converters,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 45, pp.593–601, Aug. 1998, doi:10.1109/41.704887.


9. R.T.H Li and H.S.h Chung, “A Passive Lossless Snubber Cell with Minimum Stress and Wide Soft Switching Range”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 25, no.7, pp. 1725-1738, 2011, doi: 10.1109/TPEL.2010.2042074.


10. X. Zhang, L.Jiang, J.Deng, Li.Siqi; Z. Chen, “Analysis and design of a new soft-switching boost converter with a coupled inductor,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no.8, pp. 4270 - 4277, 2014, doi: 10.1109/TPEL.2013.2285708.


11. M. Nikbakht, S. Abbasian, M. Farsijani and K. Abbaszadeh, "An ultra-high gain Double switch quadratic boost coupled inductor-based converter," 2022 13th Power Electronics, Drive Systems, and Technologies Conference (PEDSTC), 2022, pp. 167-172, doi: 10.1109/PEDSTC53976.2022.9767244.


12. N. Altintas¸, A. F. Bakan, and Ismail Aksoy “A Novel ZVT-ZCT-PWM Boost Converter” IEEE transactions on power electronics, vol.29, no. 1, January 2014, doi: 10.1109/TPEL.2013.2252197.


13. N. Lakshminarasamma, V. Ramanarayanan, "A Family of Auxiliary Switch ZVS-PWM DCDC Converters with Coupled Inductor," IEEE Transactions on Power Electronics,  vol.22, no.5, pp. 2008-2017, Sept. 2007, doi: 10.1109/TPEL.2007.904225.


14. H. Bahrami, H. Allahyari and E. Adib, "A Self-Driven Synchronous Rectification ZCS PWM Two-Switch Forward Converter with Minimum Number of Components," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 69, no. 12, pp. 12842-12850, Dec. 2022, doi: 10.1109/TIE.2021.3131876.


15. M. Fazeli-Hasanabadi, A. Shoaei, K. Abbaszadeh and H. Allahyari, "An Interleaved High Step-Up Dual-Input Single-Output DC-DC Converter for Electric Vehicles," 2022 13th Power Electronics, Drive Systems, and Technologies Conference (PEDSTC), 2022, pp. 145-149, doi: 10.1109/PEDSTC53976.2022.9767251.


16. S. Y. R. Hui, K. W. Eric Cheng, “A fully soft-switched extended-period quasi-resonant power factor correction circuit,” IEEE Trans. on Power Electronics., vol. 12, no. 5, pp. 922–930, 1997, doi: 10.1109/63.623011.


17. S. Saha, B. Majumdar, T. Halder and S. K. Biswas, “A New fully soft-switched Boost Converter with reduced conduction losses,” IEEE PEDS, Vol. 1, pp. 107-112, 2005, doi: 10.1109/ PEDS.2005.1619669.


18. H. Allahyari, M. D. SarfeJo, H. Bahrami, A. Afify, A. Shoaei and M. Latifzadeh, "Planar Transformer with None Overlapping Winding as Current Balancing Compensator for Paralleled SiC MOSFETs," 2022 30th International Conference on Electrical Engineering (ICEE), 2022, pp. 784-790, doi: 10.1109/ICEE55646.2022.9827032.


19. H. S. Choi and B. H. Cho, “Novel zero-current-switching (ZCS) PWM switch cell minimizing additional conduction loss,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 49, no. 1, pp. 165–172, Feb. 2002, doi: 10.1109/41.982260.


20. A. Shoaei, K. Abbaszadeh and H. Allahyari, "A Single-Inductor Multi-Input Multi-Level High Step-Up DC-DC Converter Based on Switched-Diode-Capacitor Cells for PV Applications," in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics, 2022, doi: 10.1109 /JESTIE.2022.3173178.


21. A.F.,  Bakan,  H.,  Bodur,  and  I.,  Aksoy,  “A  Novel  ZVT -ZCT  PWM DC-DC  Converter”,  11th  Europen  Conference  on  Power Electronics  and Applications (EPE2005), Dresden, Sept. 2005, pp. 1-8, doi: 10.1109/EPE.2005.219462.


22. P.,  Das,  and  G.,  Moschopoulos,  “A  Comparative Study  of  Zero-Current-Transition  PWM  Converters”,  IEEE  Transactions  on Industrial Electronics, vol.54, pp. 1319-1328, June 2007, doi: 10.1109/TIE.2007.891663 . 


23. A. Mondzik, R. Stala, S. Piróg, A. Penczek, P. Gucwa and M. Szarek, "High Efficiency DC–DC Boost Converter with Passive Snubber and Reduced Switching Losses," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 69, no. 3, pp. 2500-2510, March 2022, doi: 10.1109/TIE.2021.3063874.