طراحی و پیاده‌سازی یک مبدل dc-dc سوئیچینگ نرم بهره ولتاژ بالای سه درگاهه برای کاربردهای انرژی خورشیدی
محورهای موضوعی : ادوات نیمه هادی
سمیه گشتاسبی
1
,
فریبرز حقیقت دار فشارکی
2
*
,
سید محمد مهدی میرطلائی
3
1 - دانشکده مهندسی برق- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران
2 - مرکز تحقیقات ریزشبکه های هوشمند- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران
3 - مرکز تحقیقات ریزشبکه های هوشمند- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران
کلید واژه:
چکیده مقاله :
در چند دهه اخیر، به دلایل مختلفی از جمله بحران انرژی و مشکلات زیست محیطی، منابع انرژی تجدید پذیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. سیستم های خورشیدی یا فتوولتاییک به عنوان یکی از پرکاربرد ترین منابع انرژی تجدید پذیر، دارای ولتاژ خروجی پایینی هستند. به همین دلیل اخیراً تحقیقات بر روی مبدل های dc-dc بهره ولتاژ بالا در تولید برق خورشیدی افزایش یافته است. در این مقاله یک مبدل بهره ولتاژ بالای غیر ایزوله با سه درگاه ورودی-خروجی پیشنهاد شده که دو مسیر جداگانه برای شارش توان از هر منبع ورودی به بار خروجی را فراهم می کند. به منظور کاهش تعداد اجزاء مبدل، برخی از اجزاء نقش های چند گانه بازی می کنند. بنابراین وسیله ذخیره ساز انرژی (باتری) توسط همان اجزای مدار انتقال توان، شارژ می شود. در این مبدل، تکنیک سلف کوپل شده برای افزایش بهره ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد و برای کاهش اثر سلف نشتی و فراهم شدن شرایط سوئیچینگ نرم، دو مدار کلمپ اکتیو به کار گرفته می شود. از آنجا که ولتاژ روی سوئیچ ها محدود شده است، سوئیچ ها با استرس ولتاژ کم و نتیجتاً تلفات هدایت پایین کار میکنند. با اضافه کردن یک سلف در ورودی مبدل، ریپل جریان ورودی کاهش پیدا میکند که در عملکرد و طول عمر سلول های خورشیدی تاثیر چشم گیری دارد. حالت های مختلف عملکرد مبدل مورد بررسی قرار گرفته و ملاحظات طراحی ارائه شده است. یک مبدل نمونه برای تامین بار 130 وات 330 ولت با فرکانس سوئیچینگ 50 کیلوهرتز، در نرمافزار ارکد شبیه سازی و سپس نمونه آزمایشگاهی پیاده سازی شده و تحلیل تئوری با نتایج آزمایشگاهی مورد تایید قرار گرفته است.
In recent few decades, due to various reasons, including energy crisis and environmental problems, renewable energy sources such as wind energy, solar systems and fuel cells have received much attention. Solar or photovoltaic systems are one of the most widely used renewable energy sources that have a low output voltage. For this reason, research on dc-dc converters has increased in recent years. In this paper, a non-isolated high voltage gain converter with three input-output ports is proposed. This converter provides two separate paths for power flow from each input source to the output load. In order to reduce the number of converter components, some components play multiple roles. Therefore, the energy storage device (battery) will charge with the same components used to transfer the power to the load. In this converter, to increase the voltage gain, the coupled inductor technique is used. Moreover, to reduce the leakage inductance as well as achieving the soft switching condition, two active clamps are used. Since the voltage across the switches is limited, the switches can be used with low voltage stress and thus low conduction losses. In this converter, the ripple of the input current will reduce by adding an inductor at its input. This has a significant impact on the performance and the lifespan of the solar cells. The various operational modes of the converter are discussed and the designing considerations are presented. A prototype of the proposed converter is simulated to supply a 130 W, 330 V load with a switching frequency of 50 kHz, in OrCAD software. Finally, a laboratory sample is implemented and the theoretical analysis are validated by the practical results.