مبدل بسیار کاهنده جدید با اسنابر غیر فعال بدون تلفات

محورهای موضوعی : مهندسی برق الکترونیک

الهام گرامی ¹ , مجید دلشاد ² , محمدرضا امینی ³ , محمد روح الله یزدانی ⁴

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

تاریخ دریافت : 1401/12/01 تاریخ پذیرش : 1402/04/29 تاریخ انتشار : 1402/12/01

کلید واژه: مبدل خیلی کاهنده, سوئیچینگ نرم, مبدل باک, مبدل آبشاری,

چکیده مقاله :

در این مقاله، یک مبدل DC-DC بسیار کاهنده ی سوئیچینگ نرم غیر ایزوله جدید پیشنهاد شده است. مبدل پیشنهادی از دو سلول سوئیچ تشکیل شده است که ورودی و خروجی آنها آبشاری هستند. این مبدل نسبت تبدیل کاهنده ی فوق العاده بالایی را ارائه میدهد و به دلیل کلید زنی نرم تمام قطعات نیمه هادی، تلفات کلید زنی کاهش مییابد، همچنین تلفات بازیابی معکوس دیودها به دلیل خاموش شدن به صورت جریان صفر کاهش مییابد. عرض پالس مبدل پیشنهادی بسیار بزرگتر از مبدل کاهنده است و بنابراین مشکلات مبدل با عرض پالس باریک را ندارد و از آنجایی که برای دستیابی به کلیدزنی نرم از کلید کمکی استفاده نمیشود، مدار کنترل ساده باقی میماند. در این مقاله، وضعیت های عملکرد مبدل مورد بحث قرار گرفته و برای بررسی عملکرد مبدل، یک نمونه اولیه 50 وات با فرکانس سوئیچینگ 100 کیلوهرتز، ورودی 100 ولت و خروجی 16 ولت ساخته شده است. راندمان مبدل اندازه‌گیری شده است و پیک بازده مبدل 94 درصد است، همچنین پیک تداخل الکترومغناطیسی هدایتی در مبدل پیشنهادی نسبت به همتای خود با کلید زنی سخت 6dBμv کاهش یافته است.

چکیده انگلیسی:

In this paper, a new non-isolated soft switched DC-DC converter with high step-down conversion ratio is proposed. The proposed converter consists of two switch cells that their inputs and outputs are cascaded. This converter provides ultra-high step-down conversion ratio and due to all semiconductor devices are soft switched, switching losses are reduced, also reverse recovery losses of diodes are reduced because of ZCS turn off condition. The duty cycle of proposed converter is much larger than step-down converter and therefore does not have the problems of the converter with a narrow duty cycle and since no auxiliary switch is used to achieve soft switching, the control circuit remains simple. In this paper, the convertor operating modes are discussed and to verify the performance of the converter a 50W prototype with 100 kHz switching frequency, 100V input and 16V output is built. The converter efficiency is measured and the peak efficiency is 94% also the conducted electromagnetic interference peak in the proposed converter is reduced by 6dBµv.

منابع و مأخذ:

1. F. C. Lee and Q. Li, “High-frequency integrated point-of-load converters: Overview,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, no. 9. 2013. doi: 10.1109/TPEL.2013.2238954.


2. A. Mallik and A. Khaligh, “A high step-down dual output non-isolated DC/DC converter,” in Conference Proceedings - IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC, 2017. doi: 10.1109/APEC.2017.7930700.


3. M. Saravanan and N. Ganesh, “A single-stage soft-switching LED driver based on CLCL resonant converter and BCM circuit for lighting application,” Electrical Engineering, vol. 102, no. 2, 2020, doi: 10.1007/s00202-020-00916-9.


4. R. Dayal and L. Parsa, “Non-isolated topologies for high step-down offline LED driver applications,” in Conference Proceedings - IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC, 2012. doi: 10.1109/APEC.2012.6165939.


5. N. Vishwanathan and V. Ramanarayanan, “A two stage power converter topology for high voltage DC power supplies under pulsed loads,” in EPE Journal (European Power Electronics and Drives Journal), 2006. doi: 10.1080/09398368.2006.11463619.


6. Y. Sahin, N. S. Ting, and I. Aksoy, “A highly efficient ZVT–ZCT PWM boost converter with direct power transfer,” Electrical Engineering, vol. 100, no. 2, 2018, doi: 10.1007/s00202-017-0546-y.


7. V. V. S. K. Bhajana, P. Drabek, and R. Thumma, “Analysis and design of a high gain non-isolated zero current switching bidirectional DC–DC converter for electric vehicles,” Automatika, vol. 60, no. 1, 2019, doi: 10.1080/00051144.2019.1578915.


8. J. Jalili, S. M. M. Mirtalaei, M. R. Mohammadi, and B. Majidi, “A ZVS high step-up converter based on an integrated boost-cuk topology,” Electrical Engineering, vol. 104, no. 2, 2022, doi: 10.1007/s00202-021-01340-3.


9. R. M. F. Neto and F. L. Tofoli, “A soft switching ZCS–ZVS double two-switch forward converter,” Electrical Engineering, vol. 100, no. 2, 2018, doi: 10.1007/s00202-017-0581-8.


10. T. Shamsi, M. Delshad, E. Adib, and M. R. Yazdani, “A New Simple-Structure Passive Lossless Snubber for DC-DC Boost Converters,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 68, no. 3, 2021, doi: 10.1109/TIE.2020.2973906.


11. E. Gerami, M. Delshad, M. R. Amini, and M. R. Yazdani, “A new family of non-isolated PWM DC–DC converter with soft switching,” IET Power Electronics, vol. 12, no. 2, 2019, doi: 10.1049/iet-pel.2018.5351.


12. Y. Sahin and N. S. Ting, “Soft switching passive snubber cell for family of PWM DC–DC converters,” Electrical Engineering, vol. 100, no. 3, 2018, doi: 10.1007/s00202-017-0655-7.


13. M. Hajiheidari, H. Farzanehfard, and E. Adib, “High-Step-Down DC-DC Converter with Continuous Output Current Using Coupled-Inductors,” IEEE Trans Power Electron, vol. 34, no. 11, 2019, doi: 10.1109/TPEL.2019.2899951.


14. M. Amiri and H. Farzanehfard, “An interleaved nonisolated ZVS ultrahigh step-down DC-DC converter with low voltage stress,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 66, no. 10, 2019, doi: 10.1109/TIE.2018.2886794.


15. S. P. Yang, S. J. Chen, C. M. Huang, and C. E. Chen, “A novel soft-switching high step-down forward converter,” in Proceedings - 2018 IEEE International Conference on Industrial Electronics for Sustainable Energy Systems, IESES 2018, 2018. doi: 10.1109/IESES.2018.8349854.


16. D. Cheshmdehmam, E. Adib, and H. Farzanehfard, “Soft-Switched Nonisolated High Step-Down Converter,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 66, no. 1, 2019, doi: 10.1109/TIE.2018.2829471.


17. X. Zhao, C. S. Yeh, L. Zhang, and J. S. Lai, “A high-frequency high-step-down converter with coupled inductor for low power applications,” in Conference Proceedings - IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC, 2017. doi: 10.1109/APEC.2017.7931040.


18. Y. Zheng, S. Li, and K. M. Smedley, “Nonisolated High Step-Down Converter with ZVS and Low Current Ripples,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 66, no. 2, 2019, doi: 10.1109/TIE.2018.2833047.


19. N. Mohan, Power Electronics Converters, Applications and Design 3rd. 2003.


20. I. O. Lee, S. Y. Cho, and G. W. Moon, “Interleaved buck converter having low switching losses and improved step-down conversion ratio,” IEEE Trans Power Electron, vol. 27, no. 8, 2012, doi: 10.1109/TPEL.2012.2185515.


21. A. Pressman, Switching power supply design. New York: ‎McGraw-Hill, 2009.