مبدل سوئیچنگ نرم غیره ایزوله بهره ولتاژ بالا با استفاده از سلف تزویج

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 1، دوره 15، شماره 57، خرداد 1403، صفحه 1-14   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

جلیل جلیلی¹؛ سید محمد مهدی میرطلائی^{* 1}؛ محمدرضا محمدی²؛ بهروز مجیدی³

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

²گروه مهندسی برق و کامپیوتر- دانشگاه آلبرتا، آلبرتا، کانادا

³مرکز تحقیقات ریز شبکه‌های هوشمند- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

چکیده

در این مقاله یک مبدل کلیدزنی نرم غیره­ایزوله بسیار افزاینده ولتاژ ارائه شده است. مبدل پیشنهادی ترکیبی از یک مبدل بوست و دو سلول ضرب­کننده ولتاژ است. در این مبدل برای تحقق افزایش بهره ولتاژ از یک سلف کوپل شده استفاده شده است. این مبدل در مقایسه با مبدل­های مشابه دارای بهره ولتاژ بالاتری است. با استفاده از یک مدار کلمپ اکتیو شرایط کلیدزنی نرم در ولتاژ صفر برای کلید­های مبدل به­وجود آمده است. همچنین تنش ولتاژ بر روی کلید­ها پایین است. کاهش تنش ولتاژ بر روی کلید­های مبدل باعث کاهش مقاومت هدایتی کلیدها و بنابراین باعث کاهش تلفات هدایتی می­شود. در این مقاله عملکرد اولیه مبدل به­طور کامل تشریح شده و نتایج شبیه­سازی و یک نمونه آزمایشگاهی ساخته شده برای ولتاژ ورودی 20 ولت و خروجی 400 ولت در توان 200 وات به­طور کامل ارائه شده است. 

کلیدواژه‌ها

افزاینده ولتاژ؛ کلیدزنی نرم؛ غیره‌ایزوله؛ مبدل

مراجع

[1] A. Annuk, M. Hovi, J. Kalder, T. Kabanen, R. Ilves, M. Märss, B. Martinkauppi, P. Miidla, "Methods for increasing shares of self-consumption in small PV solar energy applications", Proceeding of the IEEE/ICRERA, pp. 184-187, Glasgow UK, Sept. 2020 (doi: 10.1109/ICRERA49962.2020.9242902).

[2] M. Mahdavian, N. Behzadfar, "A review of wind energy conversion system and application of various induction generators", Journal of Novel Researches on Electrical Power, vol. 8, no. 4, pp. 55-66, Winter 2020.

[3] G. Shahgholian, “A brief review on microgrids: Operation, applications, modeling, and control”, International Transactions on Electrical Energy Systems, vol. 31, no. 6, Article Number. e12885, June 2021 (doi: 10.1002/2050-7038.12885).

[4] R.R. Gopi, S. Sreejith, "Converter topologies in photovoltaic applications–A review", Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 94, pp. 1–14, Oct. 2018 (doi: 10.1016/j.rser.2018.05.047).

[5] A. Maleki, I. Sadeghkhani, B. Fani, “Statistical sensorless short-circuit fault detection algorithm for photovoltaic arrays”, Journal of Renewable and Sustainable Energy, vol. 11, no. 8, Article Number: 053501, 2019 (https://doi.org/10.1063/1.5119055).

[6] W. Li, X. He, "Review of nonisolated high-step-up DC/DC converters in photovoltaic grid-connected applications", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 58, no. 4, pp. 1239–1250, April 2011 (doi: 10.1109/TIE.2010.2049715).

[7] A. Chub, D. Vinnikov, F. Blaabjerg, F.Z. Peng, "A review of galvanically isolated impedance-source dc–dc converters", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 31, no. 4, pp. 2808–2828, April 2016 (doi: 10.1109/T­PEL.2015.2453128).

[8] S.M.M. Mirtalaei, R. Jaberi, "Analysis of a high step-up boost-flyback converter for solar energy applications", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 9, no. 34, pp. 19-28, Aug. 2018 (dor: 20.1001.1.23223871.1397.9.34.3.4).

[9] B.P.R. Baddipadiga, V.A.K. Prabhala, M. Ferdowsi, "A family of high-voltage-gain dc–dc converters based on a generalized structure", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 33, no. 10, pp. 8399–8411, Oct. 2018 (doi: 10.1109/TPEL.2017.2777451).

[10] A. Kianpour, G. Shahgholian, "A floating-output interleaved boost DC–DC converter with high step-up gain", Automatika (Journal for Control, Measurement, Electronics, Computing and Communications), vol. 58, no. 1, pp. 18-26, April 2017 (doi: 10.1080/00051144.2017.1305605).

[11] M.E. Azizkandi, F. Sedaghati, H. Shayeghi, F. Blaabjerg, "A high voltage gain dc-dc converter based on three winding coupled inductor and voltage multiplier cell", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 35, no. 5, pp. 4558-4567, May 2020 (doi: 10.1109/TPEL.2019.2944518).

[12] W. Hassan, D.D.C. Lu, W. Xiao, "Single-switch high step-up dc–dc converter with low and steady switch voltage stress", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 66, no. 12, pp. 9326–9338, Dec. 2019 (doi: 10.1109/TIE.2019.2893833).

[13] J. Ai, M. Lin, "Ultralarge gain step-up coupled-inductor dc–dc converter with an asymmetric voltage multipl­ier network for a sustainable energy system", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 32, no. 9, pp. 6896–6903, Sept. 2017 (doi: 10.1109/TPEL.2016.2626383).

[14] H. Ardi, A. Ajami, M. Sabahi, "A novel high step-up dc–dc converter with continuous input current integrating coupled inductor for renewable energy applications", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 65, no. 2, pp. 1306–1315, Feb. 2018 (doi: 10.1109/TIE.2017.2733476).

[15] A.M.S.S. Andrade, L. Schuch, M.L.S. Martins, "Analysis and design of high-efficiency hybrid high step-up dc–dc converter for distributed pv generation systems", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 66, no. 5, pp. 3860–3868, May 2019 (doi: 10.1109/TIE.2018.2840496).

[16] A. Nourbehesht, M. Jabbari, "Design and implementation of a new resonant soft-switching dc-dc buck converter", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 10, no. 38, pp. 3-12, Aug. 2019 (dor: 20.1001.1.23223871.1398.10.38.1.7).

[17] G. Haghshenas-Jazi, S.M.M. Mirtalaei, "Design and implementation of a high step-up boost-fly back converter with soft switching", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 7, no. 28, pp. 15-26, March 2017 (dor: 20.1001.1.23223871.1395.7.28.2.7).

[18] N. Vazquez, L. Estrada, C. Hernandez, E. Rodriguez, "The tapped-inductor boost converter", Proceeding of the IEEE/ISIE, pp. 538–543, Vigo, Spain, June 2007 (doi: 10.1109/ISIE.2007.4374654).

[19] S. Lee, J. Park, S. Choi, "A three-phase current-fed push-pull dc–dc converter with active clamp for fuel cell applications", IEEE. Trans. on Power Electronics, vol. 26, no. 8, pp. 2266-2277 Aug. 2011 (doi: 10.110­9/TI­E.2­007.903925).

[20] T.F. Wu, Y.S. Lai, J.C. Hung, Y.M. Chen, "Boost converter with coupled inductors and buck–boost type of active clamp", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 55, no. 1, pp. 154–162, Jan. 2008 (doi: 10.1109/TIE­.20­07.903925).

[21] J.W. Baek, M.H. Ryoo, T.J. Kim, D.W. Yoo, J.S. Kim, “High boost converter using voltage multiplier”, Proceeding of the IEEE/IECON, pp. 1-6, Raleigh, NC, USA, Jan. 2006 (doi: 10.1109/IECON.2005.1568967).

[22] M. Pahlavandust, M.R. Yazdani, “Single-switch boost DC-DC converter with zero-current-switching, high power density and low electromagnetic interference”, AEU- International Journal of Electronics and Communications, vol. 121, Article Number: 153229, July 2020 (doi: 10.1016/j.aeue.2020.153229).

[23] K. Fuji, Y. Neba, “Electromagnetic interference of using 24Vdc current control buck converter for medical light emitting diode”, Energy Reports, vol. 6, pp. 1325-1330, Dec. 2020 (doi: 10.1016/j.egyr.2020.11.026).

[24] H. Chung, S.Y.R. Hui, K.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).

[25] J. Faiz, G. Shahgholian, M. Ehsan, “Stability analysis and simulation of a single‐phase voltage source UPS inverter with two‐stage cascade output filter”, European Transactions on Electrical Power, vol. 18, no. 1, pp. 29-49, Jan. 2008 (doi: 10.1002/etep.160).

[26] D. Zhang, E. Cheng, H. Wan, X. Zhou, Y. Chen, "Prediction of electromagnetic compatibility for dynamic datalink of UAV", IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility, vol. 61, no. 5, pp. 1474-1482, Oct. 2019 (doi: 10.1109/TEMC.2018.2867641).