ارائه مبدل‌هاي بسيار افزاينده غيرايزوله مبتني بر سلف تزويج‌شده با كليدزني نرم كامل

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

امروزه به‌منظور كاهش مصرف سوخت‌هاي فسيلي، استفاده از منابع تجديدپذير در توليد انرژي الكتريكي به‌طور چشمگيري گسترش يافته است. در اين ميان، سلول‌هاي خورشيدي و پيل‌هاي سوختي از جمله منابع تجديدپذير به شمار مي‌روند كه سطح ولتاژ توليدي آن‌ها براي اتصال مستقيم به اينورتر كافي نبوده و نيازمند افزايش سطح ولتاژ هستند. بدين منظور، مبدل‌هاي افزاينده و بسيار افزاينده‌ي DC-DC به‌عنوان واسطه بين اين منابع و اينورتر به‌كار گرفته مي‌شوند. مبدل بوست پايه به دليل سادگي و سهولت پياده‌سازي يكي از گزينه‌هاي محبوب و اصلي براي افزايش ولتاژ منبع ورودي محسوب مي‌شود. با اين حال، در اين ساختار تنها راه افزايش بهره‌ي ولتاژ، بالا بردن ضريب وظيفه‌ي كليد اصلي است كه اين امر منجر به بروز مشكلات و محدوديت‌هايي مي‌گردد. براي رفع اين محدوديت‌ها، روش‌هايي نظير استفاده از سلول‌هاي چندبرابركننده‌ي ولتاژ، خازن‌هاي كليدشده، سلف‌هاي تزويج‌شده و ساختارهاي مبتني بر شبكه‌هاي منبع امپدانسي پيشنهاد شده‌اند كه بدون نياز به افزايش ضريب وظيفه، بهره‌ي ولتاژ را بهبود مي‌بخشند. در اين پژوهش، رويكردهاي مختلف جهت افزايش سطح ولتاژ در مبدل‌هاي بسيار افزاينده مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنين، ويژگي‌هاي مطلوب اين دسته از مبدل‌ها شامل دستيابي به بهره و بازده‌ بالا، كاهش تنش ولتاژ و جريان در المان‌هاي نيمه‌هادي، پيوستگي جريان ورودي، مشترك بودن زمين ورودي و خروجي، چگالي توان بالا، كاهش تعداد اجزاي مدار به‌ويژه كليد قدرت و فراهم‌سازي شرايط كليدزني نرم تحليل و بررسي شده‌اند. اهداف اين پايان‌نامه بر توسعه‌ي روش‌هايي متمركز است كه ضمن بهبود بهره‌ ولتاژ و بازده در مبدل‌هاي DC-DC بسيار افزاينده غيرايزوله، ويژگي‌هاي كلي مورد نياز در اين دسته از مبدل‌ها حفظ شده و همچنين شرايط كليدزني نرم كامل، بدون افزايش پيچيدگي در ساختار مبدل فراهم ‌گردد. به همين منظور، يك مبدل بسيار افزاينده‌ي غيرايزوله و مبتني بر ساختار بوست با سلف تزويج‌شده و سلول‌هاي چندبرابركننده ولتاژ ارائه گرديده است. در مبدل پيشنهادي با بهره‌گيري از تنها يك كليد قدرت و با طراحي بهينه سلف مغناطيس‌كنندگي و همچنين استفاده از يك سلول اسنابر غيرفعال بدون تلفات، كليدزني نرم كامل محقق شده است. در اين ساختار تنش ولتاژ كليد كاهش يافته و مشكل بازيافت معكوس دايودها برطرف شده و علاوه بر پيوستگي جريان ورودي، زمين منبع ورودي و بار خروجي مشترك است. در ادامه و به منظور استفاده از مزاياي ساختارهاي منبع امپدانسي، يك مبدل بسيار افزاينده غيرايزوله مبتني بر شبكه شبه منبع Y و تنها با يك كليد قدرت معرفي شده است. در اين مبدل، با جابجايي محل كليد قدرت و استفاده از يك سلول اسنابر بدون تلفات، شرايط كليدزني نرم كامل فراهم شده است. همچنين با تركيب مدار كلمپ غيرفعال و خازن كليدشده، بهره ولتاژ افزايش يافته و تنش ولتاژ كليد كاهش يافته است. در اين مبدل مشكل بازيافت معكوس در تمامي دايودها برطرف شده و به دليل پيوسته بودن جريان ورودي و وجود زمين مشترك بين منبع ورودي و خروجي، دامنه كاربرد مبدل گسترش يافته است. به علت برتري روشن‌شدن كليد تحت شرايط ولتاژ صفر نسبت به روشن‌شدن در جريان صفر، با حذف دايود ورودي در ساختار شبه منبع Y و جايگزيني آن با كليد، ضمن رفع تلفات بالاي دايود، شرايط كليدزني نرم كامل در ولتاژ صفر براي هر دو كليد قدرت فراهم شده است. در اين مبدل، روشن‌شدن كليدها به علت هدايت دايود بدنه آن‌ها، در ولتاژ صفر است؛ در نتيجه، تلفات كليدزني و خازني ناشي از روشن‌شدن كليد نيز به طور كامل حذف شده است. همچنين با استفاده از خازن اسنابر، خاموش‌شدن كليدها در ولتاژ صفر رخ مي‌دهد. علاوه بر اين، انرژي سلف نشتي توسط مدار كلمپ غيرفعال جذب مي‌شود و با استفاده از سلول خازن كليدشده موجب افزايش بهره‌ي ولتاژ مي‌گردد. شايان ذكر است، اين ساختار مزاياي مبدل‌هاي پيشنهادي قبلي را نيز دارا مي‌باشد. در اين پايان‌نامه، عملكرد مبدل‌هاي پيشنهادي به‌صورت كامل تحليل شده و به‌منظور تأييد نتايج و روابط تئوري، نمونه‌هاي آزمايشگاهي با ولتاژ ورودي 40 ولت و ولتاژ خروجي 400 ولت، پياده‌سازي گرديده‌اند. بازده مبدل‌هاي پيشنهادي، به‌ترتيب در توان 150، 200 و 200 وات برابر با 36/98، 72/96 و 77/97 محاسبه شده است. همچنين، برتري ساختارهاي ارائه‌شده از طريق مقايسه با ساير مبدل‌هاي مشابه، به اثبات رسيده است.

235986

مدارهاي مجتمع الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان