بررسی مبدل بوست- فلای بک بهره بالا در کاربرد سیستم های خورشیدی

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 3، دوره 9، شماره 34، مرداد 1397، صفحه 19-28   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

سید محمد مهدی میرطلائی^{* 1}؛ راضیه جابری²

¹استادیار - دانشکده مهندسی برق، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد نجف‌آباد،‌ نجف‌آباد، ایران

²کارشناس ارشد - دانشکده مهندسی برق، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد نجف‌آباد،‌ نجف‌آباد، ایران

چکیده

در این مقاله یک مبدل بوست- فلای‌بک اینترلیود، که برای اتصالات شبکه‌ای منابع انرژی تجدیدپذیر مناسب بوده، ارائه شده است. به دلیل اینکه در کاربردهای سیستم خورشیدی اختلاف سطح ولتاژ ورودی و خروجی مبدل زیاد است، نمی‌توان از مبدل بوست استفاده کرد. چون مبدل بوست دارای، مشکلاتی نظیر کلیدزنی سخت و استرس ولتاژ برابر با ولتاژ خروجی است. با توجه به اینکه در مبدل‌های الکترونیک قدرت تمایل به سمت افزایش فرکانس کلیدزنی به منظور بهبود پاسخ‌گذاری مبدل و افزایش چگالی توان آن می‌باشد، کلیدزنی سخت موجب کاهش بازده مبدل می‌شود. همچنین استرس ولتاژ بالای قطعات، طراح را مجبور به استفاده از المان‌های نیمه‌هادی با توانایی تحمل ولتاژ بالا می‌کند که باعث افزایش بیشتر تلفات در مبدل و کاهش بیشتر بازده آن می‌شود. مبدل پیشنهادی با استفاده از تانک رزونانسی LC و سوئیچ کمکی، شرایط سوئیچینگ نرم را (ZCS) برای مبدل اصلی فراهم می-کند. از تکنیک اینترلیود برای کاهش ریپل جریان ورودی و افزایش اندازه خازن خروجی و همچنین مبدل بوست- فلای‌بک به منظور افزایش بهره مبدل و کاهش استرس ولتاژ قطعات نیمه‌هادی استفاده شده است. اصول عملکرد مبدل پیشنهادی در این مقاله ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

مبدل بوست- فلای‌بک؛ اینترلیود؛ کلیدزنی در جریان صفر

مراجع

[1] Huawu Liu, Haibing Hu, Hongfei Wu and Yan Xing, “Overview of High-Step-Up Coupled-Inductor Boost Converters”, IEEE Personal use is permitted  Vol. 4, No. 2, pp. 689-704, Feb. 2015.

[2] W. Li, X. He, “Review of nonisolated high-step-up dc-dc converter in photovoltaic grid-connected application”, IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 58, No. 4, pp. 1239-1250, April 2011.

[3] M. Rezvanyvardom, E. Adib, H. Farzanehfard, “New interleaved zero- current switching pulse- width modulation boost converter with one auxiliaty switch”, IET Power Electronics, Vol. 4, No. 9, pp.979-983, Nov. 2011.

[4] C.M. Wang, C.H. Lin, S.Y. Hsu, C.M. Lu, J.C. Li, "Analysis, design and performance of a zero- current- switching pulse- width- modulation interleaved boost dc-dc converter", IET Power Electronics, Vol. 7, No. 9, pp. 2437-2445, Sep. 2014.

[5] F.L. Tofoli, D.d.C. Pereira, W.J.d. Paula, D.d.S.O.J, xfa, nior, “Survey on non-isolated high-voltage step-up dc-dc topologies based on the boost converter”, IET Power Electronics, Vol. 8, No. 10, pp. 2044-2057, Sep. 2015.

[6] Xi Zhang, Senior Member, IEEE, Lei Jiang, Student Member, IEEE, Junjun Deng, Siqi Li, and Zheng Chen, Member, IEEE “Analysis and Design of a New Soft-Switching Boost Converter With a Coupled”, IEEE Transaction on Power Electronics, Vol, 29, No. 8, pp. 4270-4277, August 2014.

[7] Y. m. Ye and K. W. E. Cheng, “Quadratic boost converter with low buffer capacitor stress”, IET Power Electronics, Vol.  7, No. 5, pp. 1162-1170, May. 2014.

[8] K. Moon-Hwan, C. Yoon, H. Sang-Kyoo, and K. Jeong-Il, " High efficiency voltage-clamped coupled-inductor boost converter", Proceeding of the IEEE/IECON, pp. 828-833, Vienna, Austria, Nov. 2013.

[9] Y. Jang and M. M. Jovanoic, “New two-inductor boost converter with auxiliary transformer”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 19, No. 1, pp. 169-175, Jan. 2004.

[10] B. Gu, J. Dominic, J.S. Lai, Z. Zhao, C. Liu “High boost ratio hybrid transformer DC-DC converter for photovoltaic module applications”, IEEE Trans. Power. Electron., Vol. 28, No. 4, pp. 2048–2058, Apr. 2013.

[11] Y.P. Hsieh, J.F. Chen, T.J. Liang, Y.L. -Sheng, “Analysis and implementation of a novel single-switch high step-up dc-dc converter”, IET Power Electron., Vol. 5, No. 1, pp. 11–21, Jan. 2012.

[12] H.W. Seong, H.S. Kim, K.B Park, G.W. Moon, M.J.Youn,“High Step-Up DC-DC Converters Using Zero-Voltage Switching Boost Integration Technique and Light-Load Frequency modulation Control”, IEEE Trans. Power Electron., Vol. 27, No. 3, pp. 1383–1399, Mar. 2012.

[13] J.W. Baek, M.H. Ryoo, T.J. Kim, D.W. Yoo, J.S. Kim, “High boost converter using voltage multiplier”, in Proc. IEEE /IECON, pp. 567–572, Raleigh, NC, USA, Jan 2005.

[14] T.J. Liang, S.M. Chen, L.S. Yang, J.F. Chen, A. Ioinovici, “Ultra large gain step-up switched-capacitor DC-DC converter with coupled inductor for alternative sources of energy”, IEEE Trans. On Circuit and System, Vol. 59, No. 4, pp. 864-874, Apr.2012.

[15] K.C. Tseng, J.T. Lin, C.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.

[16] 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. Power Electron., Vol. 26, No. 4, pp. 1146– 1153, Apr. 2011.

[17] Y. Deng, Q. Rong, W. Li, Y. Zhao, J. Shi, X. He, “Single-switch high step-up converters with built-in transformer voltage multiplier cell”, IEEE Trans. Power Electron., Vol. 27, No. 8, pp. 3557–3567, Aug. 2012.

[18] K.B. Park, G.W. Moon, M.J. Youn, “Nonisolated high step-up boost converter integrated with sepic converter”, IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 25, No. 9, pp. 2266-2275, Sept. 2010.

[19] W. Li, Y. Zhao, Y. Deng, X. He, “Interleaved converter with voltage multiplier cell for high step-up and high-efficiency conversion”, IEEE Trans. Power Electron., Vol. 25, No. 9, pp. 2397–2408, Sep. 2010.

[20] K.C. Tseng, C.C. Huang, W.Y. Shih, “A high step-up converter with a voltage multiplier module for a photovoltaic system”, IEEE Trans. Power Electron., Vol. 28, No. 6, pp. 3047–3057, Jun. 2013.

[21] S. Dwari, L. Parsa, “An efficient high-step-up interleaved dc–dc converter with a common active clamp”, IEEE Trans. Power Electron., Vol. 26, No. 1, pp. 66–78, Jan. 2011.

[22] C. Olalla, R. Leyva, I. Queinnec, D. Maksimovic, “Robust gain scheduled control of switched-mode DC–DC converters”, IEEE Trans. Power Electron., Vol. 27, No. 6, pp. 3006–3019, Jun. 2012.

[23] C.Y. Chan, “Analysis and experimental study of an output feedback controller for a high-order boost dc-dc converter”, IET Power Electron., Vol. 6, No. 7, pp. 1279–1287, Aug. 2013.

[24] K.I. Hwu, W.Z. Jiang, Y.T. Yau, “Ultrahigh step-down converter”, IEEE Trans. Power Electron., Vol. 30, No. 6, pp. 3262–3274, Jun. 2015.

[25] J. Yao, A. Abramovitz, K.M. Smedley, “Steep gain bidirectional converter with a regenerative snubber”, IEEE Trans. Power Electron., Vol. 30, No. 12, pp. 6845-6856, Dec. 2015.

[26] Y. Tang, D. Fu, J. Kan, T. Wang, “Dual switches DC/DC converter with three-winding-coupled inductor and charge pump”, IEEE Trans. Power Electron., Vol. 31, No. 1, pp. 461–469, Jan. 2016.