ارائه یک مبدل DC-DC افزاینده جدید با بهره ولتاژ بالا مبتنی بر شبکه فعال و سلف تزویج‌شده

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه صنعتی قم

چکیده

در این مقاله مبدل DC-DC افزاینده‌ای با بهره ولتاژ بالا مناسب جهت به‌کارگیری در سیستم‌های تولید پراکنده، پیشنهاد شده‌است. ساختار مبدل پیشنهادی مبتنی‌بر شبکه فعال و سلف تزویج‌شده با دو سیم‌پیچ می‌باشد. استفاده از سلف تزویج‌شده با نسبت تبدیل بیش از یک در کنار مبدل شبکه فعال، باعث دست‌یابی به بهره ولتاژ بالا در دوره کاری پایین کلیدهای قدرت شده‌است به‌طوری‌که در دوره کاری و نسبت تبدیل یکسان، بهره مبدل پیشنهادی نسبت به مبدل‌های مشابه دیگر حدود 2 برابر بیش‌تر می‌باشد. هم‌چنین تنش ولتاژ برروی کلیدهای فعال این مبدل بسیار پایین بوده و وابستگی کمی به دوره‌کاری مبدل دارد و در بهره ولتاژ یکسان، کمتر از نصف تنش ولتاژ کلیدهای فعال مبدل‌های مشابه دیگر می‌باشد. عمل‌کرد حالت ماندگار مبدل در سه حالت CCM، DCM و BCM بررسی شده و بهره ولتاژ مبدل در دو حالتCCM  و DCM محاسبه شده‌است. همچنین تنش ولتاژ برروی تمامی ادوات نیمه‌هادی در حالت CCM محاسبه شده‌است. نتایج شبیه‌سازی در دو حالت CCM و DCM، عمل‌کرد مبدل پیشنهادی و صحت تحلیل‌های تئوری انجام‌گرفته را تأیید می‌کنند. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A New Non-isolated High Step-up DC-DC Converter based on Active-Network and Coupled Inductors

نویسندگان [English]

  • O. Souri
  • M. Heydari
  • E. Najafi
Faculty of Electrical and Computer Engineering, Qom University of Technology, Qom, Iran
چکیده [English]

In this paper, a new high step-up DC-DC converter is proposed for renewable energy systems. The proposed converter is based on active-network and coupled inductors. Using the coupled inductors alongside active-network leads to high step-up voltage gain in low duty cycle of power switches in such a way that with the same duty cycle and turns ratio of coupled inductors, the voltage gain of the proposed converter is nearly two times more than other counterpart converters. Furthermore, the voltage stress of the semiconductor switches is very low and slightly dependent on the power switches duty cycle and with the same voltage gain, it is less than half of the voltage stress of the other counterpart converters. The steady state operation of the proposed converter is investigated under continuous conduction mode (CCM), discontinuous conduction mode (DCM) and boundary conduction mode (BCM) and also the voltage gain is calculated in CCM and DCM modes. Voltage stress across all semiconductor devices is also achieved in CCM mode. The simulation results confirm the validity of theoretical analysis as well as the proper performance of the proposed converter.

کلیدواژه‌ها [English]

  • DC-DC step-up converter
  • high voltage gain
  • coupled inductor
  • active-network

مراجع

[1]     S. B. Kjaer, J. K. Pedersen, and F. Blaabjerg, “A Review of Single-Phase Grid-Connected Inverters for Photovoltaic Modules,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 41, no. 5, pp. 1292–1306, Sep. 2005.
[2]     Y. Gu, X. Xiang, W. Li, and X. He, "Mode-adaptive decentralized control for renewable DC microgrid with enhanced reliability and flexibility," IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, pp. 5072-5080, 2014.
[3]     M. Forouzesh, Y. Shen, K. Yari, Y. P. Siwakoti, and F. Blaabjerg, "High-Efficiency High Step-Up DC–DC Converter With Dual Coupled Inductors for Grid-Connected Photovoltaic Systems," IEEE Trans. Power Electron., vol. 33, pp. 5967–5982, Jul. 2018.
[4]     Y. Ye, K. W. E. Cheng, and S. Chen, "A High Step-up PWM DC-DC Converter With Coupled-Inductor and Resonant Switched-Capacitor,"  IEEE Trans. Power Electron., vol. 32, pp. 7739–7749, Oct. 2017.
[5]     Lung-Sheng Yang, Tsorng-Ju Liang, and J.-F. Chen, "Transformerless DC–DC Converters With High Step-Up Voltage Gain," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 8, pp. 3144-3152, 2009.
[6]     H. C. Liu and F. Li, "Novel high step-up DC-DC converter with an active coupled-inductor network for a sustainable energy system," IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, pp. 6476-6482, Dec 2015.
[7]     Y. Tang, D. Fu, T. Wang, and Z. Xu, "Analysis of active-network converter with coupled inductors," IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, pp. 4874-4882, Sept 2015.
[8]     H. Liu and F. Li, "A novel high step-up converter with a quasi active switched-inductor structure for renewable energy systems," IEEE Trans. Power Electron, vol. 31, pp. 5030-5039, Jul 2015.
[9]     Yu Tang, Ting Wang, and Z. Xu, "Hybrid switched-inductor converters for high step-up conversion," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 62, pp. 1480-1490, March 2015.
[10]  Tsorng-Juu Liang, Shih-Ming Chen, Lung-Sheng Yang, Jiann-Fuh Chen, and Adrian Ioinovici, "Ultra-Large Gain Step-Up Switched-Capacitor DC-DC Converter With Coupled Inductor for Alternative Sources of Energy," IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 59, pp. 864-874, April 2012
[11]  Ting Wang and Yu Tang, "A High Step-up Voltage Gain DC/DC Converter for the Micro-Inverter," in 2013 IEEE 8th Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), pp. 1089–1094, 2013.
[12]  Ting Wang, Yu Tang, Dongjin Fu, Y. He, and J. Kan, "Study of a Coupled Inductor Converter Based Active-Network," in IECON 2013 - 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, pp. 1302–1307, 2013.
[13]  Yu Tang, Dongjin Fu, T. Wang, and Zhiwei Xu, "Analysis of Active-Network Converter with Coupled Inductors," IEEE Trans on Power Electron., vol. 30, pp. 4874 - 4882, 2015.
[14]  Yu Tang, Dongjin Fu, and J. Kan and T. Wang, "Dual Switches DC/DC Converter with Three-winding-coupled Inductor and Charge Pump," IEEE Trans on Power Electron., vol. 31, pp. 461 - 469, 2016.
[15]  Y. Tang, T. Wang, and D. Fu, “Multicell Switched-Inductor/Switched-Capacitor Combined Active-Network Converters,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, pp. 2063–2072, Apr. 2015.
[16]    محمدرضا بنایی و حسین اژدر فائقی، »ارائه یک مبدل DC-DC جدید  بدون ترانسفورماتور با بهره ولتاژ بهبودیافته«، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 46، شماره 3، صفحات 59-71، 1395
[17]    مهدی سلیمی و مریم پرنادم، »مبدل DC-DC افزاینده جدید مبتنی بر کلیدزنی سلفی/خازنی با بهره ولتاژ بسیار بالا«، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 47، شماره 1، صفحات 107-121، 1396.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار