ارائه یک ساختار مبدل افزاینده درهم تنیده با قابلیت کلیدزنی در ولتاژ صفر و استرس ولتاژ کاهش یافته در مدار کمکی

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 8، دوره 13، شماره 52، اسفند 1401، صفحه 111-120   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

امید حق پرست نائینی¹؛ مهدی شانه^{* 2}؛ محمدرضا محمدی³

¹دانشکده مهندسی برق- واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

²مرکز تحقیقات ریز شبکه های هوشمند- واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

³گروه مهندسی برق و کامپیوتر- دانشگاه آلبرتا، آلبرتا، کانادا

چکیده

مبدل­های افزاینده درهم تنیده مدارهای قدرتی هستند که ولتاژ خروجی تنظیم شده با ولتاژ بالا و توان بالا برای سیستم­های تجدیدپذیر انرژی که عموما دارای ولتاژ تنظیم نشده و با ولتاژ پایین هستند فراهم می­کند. استفاده از روش­های کلیدزنی نرم باعث کاهش نویزهای الکترومغناطیسی و کاهش تلفات در این مبدل­ها می­شود. در این مقاله یک مبدل افزاینده درهم تنیده شده با قابلیت کلیدزنی نرم ارائه شده که از یک مدار کمکی ساده برای کلیدزنی نرم استفاده می­کند. هدف از ساختار پیشنهادی کاهش استرس ولتاژ سوئیچ­های مبدل، حفظ سادگی مبدل، نیاز نداشتن به مدار راه انداز گیت شناور و کاهش المان­های آن است. مدار کمکی از یک کلید برای هر دو شاخه استفاده می­کند که باعث کاهش تعداد المان­های نیمه هادی مبدل شده است. پایین بودن استرس ولتاژ سوئیچ  مدار کمکی و عدم تحمیل ولتاژ و جریان اضافی به سوئیچ­های اصلی مدار از مزایای مهم این طرح پیشنهادی است. در ساختار مدار کمکی سلف جداگانه وجود ندارد و سلف­های آن با سلف­های اصلی مبدل تزویج شده است. همچنین تنها دو عدد دیود و یک کلید در ساختار مدار کمکی وجود دارد. در مدار کمکی از سلف نشتی به­عنوان سلف رزونانسی استفاده شده است. در مبدل پیشنهادی سوئیچ­های اصلی تحت شرایط کلیدزنی در ولتاژ صفر خاموش و روشن می­گردند و سوئیچ کمکی تحت شرایط کلیدزنی در جریان صفر خاموش و روشن می­شود و تمامی دیودهای مبدل در جریان صفر خاموش می­شوند که باعث برطرف شدن تلفات دیود موازی معکوس می­شود.

کلیدواژه‌ها

کلیدزنی جریان صفر؛ کلیدزنی نرم؛ کلیدزنی ولتاژ صفر؛ مبدل افزاینده درهم تنیده

مراجع

[1] R. Eskandari, E. Babaei, M. Sabahi, S.R. Ojaghkandi, "Interleaved high step-up zero-voltage zero-current switching boost DC–DC converter", IET Power Electronics, vol. 13, no. 1, pp. 96-103, Jan. 2020 (doi: 10.1049/iet-pel.2019.0134).

[2] C. Wang, C. Lin, C. Lu, J. Li, “Design and realization of a zero-voltage transition pulse-width modulation interleaved boost power factor correction converter”, IET Power Electronics, vol. 8, no. 8, pp. 1542-1551, April 2015 (doi: 10.1049/iet-pel.2014.0313).

[3] N. Hematian, M. Jabari, “Simulation and implementation a non-isolated buck converter at ZCS condition”, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 4, no. 15, pp. 67-73, Dec. 2013 (dor: 20.1001.1.23223871.1392.4.15.7.5) (in Persian).

[4] O. Sharifiyana, M. Dehghani, G. Shahgholian, S. Mirtalaee, M. Jabbari, “Overview of dc-dc non-insulated boost converters (Structure and improvement of main parameters)”, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 12, no. 48, pp. 1-29, March 2022 (dor: 20.1001.1.23223871.1400.12.48.6.6) (in Persian).

[5] B. Akhlaghi, N. Molavi, M. Fekri, H. Farzanehfard, “High step-up interleaved ZVT converter with low voltage stress and automatic current sharing”, IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 65, no. 1, pp. 291–299, Jan. 2018 (doi: 10.1109/TIE.2017.2723861).

[6] C.G. Zogogianni, E.C. Tatakis, V. Porobic, “Investigation of a non-isolated reduced redundant power processing dc/dc converter for high-power high step-up applications”, IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 34, no. 6, pp. 5229– 5242, June 2019 (doi: 10.1109/TPEL.2018.2868165).

[7]   C. Wang, C. Lin, C. Lu, J. Li, “Analysis, design, and realization of a ZVT interleaved boost dc-dc converter with single ZVT auxiliary circuit”, IET Power Electronics, vol. 10, no. 14, pp. 1789-1799, Nov. 2017 (doi: 10.1049/iet-pel.2015.0288).

[8] B. Akhlaghi, M. Esteki, H. Farzanehfard, “Family of zero voltage transition interleaved converters with low voltage and current stress”, IET Power Electronics, vol. 11, no. 12, pp. 1886-1893, April 2018 (doi: 10.1049/iet-pel.2017.0656).

[9] C. Wang, C. Lu, C. Lin, J. Li, “A ZVS-PWM interleaved boost DC/DC converter”, Proceeding of the IEEE/TECON, pp. 1-4, , Xi'an, China, Oct. 2013 (doi: 10.1109/TENCON.2013.6718841).

[10] X. Hu, W. Liang, X. Liu, Z. Yu, “A hybrid interleaved dc-dc converter with a wide step-up regulation range and ultralow voltage stress”, IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 67, no. 7, pp. 5479–5489, July 2020 (doi: 10.1109/TIE.2019.2931264).

[11] H. Wu, T. Mu, H. Ge, Y. Xing, "Full-range soft-switching-isolated buck-boost converters with integrated interleaved boost converter and phase-shifted control", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 31, no. 2, pp. 987-999, Feb. 2016 (doi: 10.1109/TPEL.2015.2425956).

[12] A. Bagherian, T. Nouri, M. Shaneh, M. Radmehr, “An interleaved ZVS ultra‐large gain converter for sustainable energy systems applications”, IET Power Electronics, vol. 14, no. 9, pp. 1606-1621, July 2021.

[13] M. R. Mohammadi, H. Farzanehfard, E. Adib, "Soft-switching bidirectional buck/boost converter with a lossless passive snubber", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 67, no. 10, pp. 8363-8370, Oct. 2020 (doi: 10.1109/TIE.2019.2947850).

[14] M.R. Mohammadi, "A lossless turn-on snubber for reducing diode reverse recovery losses in bidirectional buck/boost converter", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 67, no. 2, pp. 1396-1399, Feb. 2020 (doi: 10.1109/TIE.2019.2901642).

[15] M.R. Mohammadi, B. Poorali, S. Eren, M. Pahlevani, "A nonisolated TCM bidirectional converter with low input-current-ripple for DC microgrids", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 68, no. 11, pp. 10845-10855, Nov. 2021 (doi: 10.1109/TIE.2020.3036213).

[16] M. Moradian, K. Rahimi, M. Pakdel, “A new soft-switched three-phase four-wire shunt active power filter”, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 1, no. 2, 2, pp. 59-65, Sept. 2010 (dor: 20.1001.1.23223871.1389.1.2.8.9) (in Persian).

[17] A. Kianpour, M. Jabbari, G. Shahgholian, "High step-up floating-output interleaved-input coupled-inductor-ba­sed boost converter", Proceeding of the IEEE/ICEE, pp. 1088-1093, Shiraz, Iran , May 2016 (doi: 10.1109/IranianCEE.2016.7585683).

[18] A. S. Babokany, M. Jabbari, G. Shahgholian, M. Mahdavian, "A review of bidirectional dual active bridge converter", Proceeding of the IEEE/ECTICON. pp. 1-4, Phetchaburi, Thailand, May 2012 (doi: 10.1109/ECTICon.2012.6254316).

[19] M.R. Mohammadi, "An active-clamping ZVS interleaved buck/boost bidirectional converter with one auxiliary switch", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 67, no. 9, pp. 7430-7438, Sept. 2020 (doi: 10.1109/TIE.2019.2945284).

[20] M.R. Mohammadi, H. Peyman, M.R. Yazdani, S.M.M. Mirtalaei, "A ZVT bidirectional converter with coupled-filter-inductor and elimination of input current notches", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 67, no. 9, pp. 7461-7469, Sept. 2020 (doi: 10.1109/TIE.2019.2944065).

[21] A. Rahimi, M.R. Mohammadi, “Zero-voltage-transition synchronous DC-DC converters with coupled inductors”, Journal of Power Electronics, vol. 16, no. 1, pp. 74-83, Jan. 2016 (doi: 10.6113/JPE.2016.16.1.74).

[22] M. Rezvanyvardom, E. Adib, H. Farzanehfard, "Zero-current transition interleaved boost converter", Proceeding of the IEEE/PEDSTC, Tehran, Iran, pp. 87-91, Feb 2011 (doi:  10.1109/PEDSTC.2011.5742503).

[23] Y. Chen, S. Shiu, R. Liang, "Analysis and design of a zero-voltage-switching and zero-current-switching interleaved boost converter", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 27, no. 1, pp. 161-173, Jan. 2012 (doi: 10.1109/TPEL.2011.2157939).

[24] M.R. Mohammadi, H. Farzanehfard, "New family of zero-voltage-transition PWM bidirectional converters with coupled inductors", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 59, no. 2, pp. 912-919, Feb. 2012 (doi: 10.1109/TIE.2011.2148681).

[25] B. Akhlaghi, H. Farzanehfard, "Family of ZVT interleaved converters with low number of components", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 65, no. 11, pp. 8565-8573, Nov. 2018 (doi: 10.1109/TI­E.2018­.280­8915).

[26] R.T. Li, C.N.M. Ho, "An active snubber cell for N-phase interleaved dc-dc converters", Proceeding of the IEEE/PEAC, pp. 953-958, Shanghai, China, Nov. 2014 (doi: 10.1109/PEAC.2014.7037988).

[27] H. Tarzamni, E. Babaei, A.Z. Gharehkoushan, M. Sabahi, "Interleaved full ZVZCS DC–DC boost converter: analysis, design, reliability evaluations and experimental results", IET Power Electronics, vol. 10, no. 7, pp. 835-845, Feb. 2017 (doi: 10.1049/iet-pel.2016.0578).