تحلیل و طراحی یک مبدل افزاینده DC-DC بدون صفر نیم صفحه سمت راست با پاسخ دینامیکی سریع

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 1، دوره 14، شماره 53، خرداد 1402، صفحه 1-14   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمد جواد کارگران¹؛ مهدی شانه^{* 2}؛ توحید نوری³

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

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

³گروه مهندسی برق- واحد ساری، دانشگاه ازاد اسلامی، ساری، ایران‌

چکیده

با افزایش اهمیت استفاده از انرژی‌های نو در جهت کاهش اثرات منفی حاصل از سوختن مواد فسیلی برای تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز، استفاده از مبدل‌های الکترونیک قدرت اهمیت زیادی پیدا کرده است. با توجه تغییرات ناگهانی بار یا سطح ولتاژ ورودی، مبدل مورد استفاده باید به­عنوان یک تنظیم­کننده ولتاژ، در محدوده خاصی از تغییرات ولتاژ خروجی به سرعت به مقدار مرجع خود بازگردد. در این مبدل‌ها باید رفتار دینامیک آنها مورد تحلیل قرار بگیرد و سرعت پاسخ آن نسبت به هر تداخلی مورد بحث قرار گرفته شود. از آنجا که مبدل‌های افزاینده پایه در تابع تبدیل خود دارای یک تاخیر ناشی از صفر نیم-صفحه سمت راست هستند، به­کارگیری ساختارهایی با رویکرد حذف این تاخیر قابل ملاحظه است. استفاده از سلف تزویج در مدار‌های غیر ایزوله از ساختارهای قابل تعمیم در این زمینه است که علاوه بر حذف صفر نیم-صفحه سمت راست از تابع تبدیل باعث افزایش بهره ولتاژ، کاهش تنش ولتاژ روی نیمه هادی‌های مدار می‌گردد. در این مقاله یک ساختار جدید مبتنی بر سلف کوپل شده در جهت حذف صفر نیم-صفحه سمت راست ارائه شده است. ساختار جدید با یک افزایش بهره همراه خواهد بود. اما تنش ولتاژ روی کلید محدود شده است و از طرفی با توجه به موقعیت سلف کوپل شده ریپل جریان ورودی برای این ساختار به حداقل خواهد رسید.

کلیدواژه‌ها

پاسخ دینامیکی؛ صفر نیم صفحه سمت راست؛ مبدل dc-dc؛ مبدل بسیار افزاینده

مراجع

[1] T. Nouri, M. Shaneh, "New interleaved high step-up converter based on a voltage multiplier cell mixed with magnetic devices", IET Power Electronics, vol. 13, no. 17, p. 4089–4097, Dec. 2020 (doi: 10.1049/iet-pel.2020.0591).

[2] R. Middlebrook, "Transformerless dc-to-dc converters with large conversion ratios", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 3, no. 4, pp. 484-488, Oct. 1988 (doi: 10.1109/63.17970).

[3] H. Matsuo, K. Harada, "The cascade connection of switching regulators", IEEE Trans. on Industry Applications, vol. IA-12, no. 2, pp. 192-198, March 1976 (doi: 10.1109/TIA.1976.349401).

[4] W. Li, W. Li, Y. Deng, X. He, "Single-stage single-phase high-step-Up ZVT boost converter for fuel-cell microgrid system", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 25, no. 12, pp. 3057-3065, Dec. 2010 (doi: 10.1109/TPEL.2010.2079955).

[5] W. Qian, H. Cha, F.Z. Peng, L.M. Tolbert, "55-kW variable 3X dc-dc converter for plug-in hybrid electric vehicles", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 27, no. 4, pp. 1668-1678, April 2012 (doi: 10.11­09/TP­EL.2­011.2165559).

[6] T. Nouri, M. Shaneh, A. Ghorbani, "Interleaved high step-up ZVS dc-dc converter with coupled inductor and built-in transformer for renewable energy systems applications", IET Power Electronics, vol. 13, no. 16, pp. 3537-3548, Dec. 2020 (doi: 10.1049/iet-pel.2020.0162).

[7] H. Chung, S. Hui, K. Tse, "Reduction of power converter EMI emission using soft-switching technique", IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility, vol. 40, no. 3, pp. 282-287, Aug. 1998 (doi: 10.1109/15.709428).

[8] T.T. Song, H.S. Chung, "Boundary control of boost converters using state-energy plane", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 23, no. 2, pp. 551-563, 2008 (DOI: 10.1109/TPEL.2007.915765).

[9] K.I. Hwu, Y.T. Yau, "KY converter and its derivatives", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 24, no. 1, pp. 128-137, Jan. 2009 (doi: 10.1109/TPEL.2008.2009178).

[10] A. Mostaan, E. Alizadeh, M. Soltani, "Novel step-up DC/DC converter with no right half plane zero and reduced switched voltage stress characteristics", Proceeding of the IEEE/INTELEC, pp. 1-7, Vancouver, BC, Canada, Sept./Oct. 2014 (doi: 10.1109/INTLEC.2014.6972175).

[11] K. Viswanathan, R. Oruganti, D. Srinivasan, "A novel tri-state boost converter with fast dynamics", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 17, no. 5, pp. 677 - 683, Sept. Sept. 2002 (doi: 10.1109/TPEL.2002.802197).

[12] N. Rana, M. Kumar, A. Ghosh, S. Banerjee, "A novel interleaved tri-state boost converter with lower ripple and improved dynamic response", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 65, no. 7, pp. 5456-5465, July 2018 (doi: 10.1109/TIE.2017.2774775).

[13] M. Forouzesh, Y.P. Siwakoti, S.A. Gorji, F. Blaabjerg, B. Lehman, "Step-up dc–dc converters: A comprehensive review of voltage-boosting techniques, topologies, and applications", IEEE on Power Electronics, vol. 32, no. 12, pp. 9143-9178, Dec. 2017(doi: 10.1109/TPEL.2017.2652318).

[14] R.W.M.D. Erickson, “Fundamentals of power electronics”, New York: Norwell, Massachusetts: Kluwer Academic, ©2001, 2001.

[15] J. Doyle, B. Francis, A. Tannenbaum, “Feedback control theory”, New York: Macmillan, 1990.

[16] J. Calvente, L. Martinez-Salamero, H. Valderrama, E. Vidal-Idiarte, "Using magnetic coupling to eliminate right half-plane zeros in boost converters", IEEE Power Electronics Letters, vol. 2, no. 2, pp. 58-62, June 2004 (doi: 10.1109/LPEL.2004.834615).

[17] B. Poorali, E. Adib, "Right-half-plane zero elimination of boost converter using magnetic coupling with forward energy transfer", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 66, no. 11, pp. 8454-8462, Nov. 2019 (doi: 10.1109/TIE.2019.2891408).

[18] K.B. Park, G.W. Moon, M.J. Youn, "High step-up boost converter integrated wit a transformer-assisted auxiliary circuit employing quasi-resonant operation", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 27, no. 4, pp. 1974-1984, April 2012 (doi: 10.1109/TPEL.2011.2170223).

[19]  X. Hu, C. Gong, "A high voltage gain dc–dc converter integrating coupled-inductor and diode–capacitor techniques", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 29, no. 2, pp. 789-800, Feb. 2014 (doi: 10.1109/TP­EL.2­01­3.2­257870).

[20] S. Chen, T. Liang, L. Yang, J. Chen, "A cascaded high step-up dc–dc converter with single switch for microsource applications", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 26, no. 4, pp. 1146-1153, April 2011 (doi: 10.1109/TPEL.2010.2090362).

[21] K. Park, G. Moon, M. Youn, "Nonisolated high step-up boost converter integrated with sepic converter", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 25, no. 9, pp. 2266-2275, Sept. 2010 (doi: 10.1109/TP­EL.2­01­0.2­04­6­650).