آنالیز عملکرد مبدل DC-DC کاهنده- افزاینده جدید با ضریب افزایندگی بالا برای کاربرد در سیستم خورشیدی
الموضوعات :محمدرضا بنائی 1 , حسین اژدرفائقی بناب 2
1 - دانشگاه شهید مدنی آذربایجان
2 - دانشگاه شهید مدنی آذربایجان
الکلمات المفتاحية: مبدل DC-DC بدون ترانسفورماتور کاهنده- افزاینده سیستم خورشیدی بهره ولتاژ بالا تنش ولتاژ,
ملخص المقالة :
در بعضی از کاربردها مانند سلول‌های خورشیدی که نیاز به ولتاژ بالایی است، می‌بایست از مبدل‌های DC-DC با ضریب بهره بالا استفاده شود اما مبدل افزاینده مرسوم نمی‌تواند بهره ولتاژ بالایی را داشته باشد و به همین دلیل در این مقاله یک مبدل DC-DC کاهنده- افزاینده تک‌کلیده جدید بدون ترانسفورماتور با ضریب بهره بالا و تنش ولتاژ کاهش‌یافته در دو سر عناصر نیمه‌هادی برای کاربرد در سیستم خورشیدی پیشنهاد می‌شود. بهره ولتاژ مبدل پیشنهادی در حالت افزایندگی بالاتر از مبدل‌های افزاینده مرسوم و کاهنده- افزاینده است. تنش ولتاژ کاهش‌یافته در دو سر کلید فعال، اجازه انتخاب ماسفت با ولتاژ نامی پایین به منظور کاهش تلفات هدایتی و کلیدزنی را می‌دهد و تنش ولتاژ پایین در دو سر دیود اجازه استفاده از دیود سریع برای جلوگیری از ایجاد جریان برگشتی دیود را می‌دهد. مبدل پیشنهادی در دو رژیم هدایت پیوسته و ناپیوسته می‌تواند کار کند. در این مقاله مدهای کاری مختلف مبدل پیشنهادی، محاسبات مربوط به بهره، جریان‌های عبوری از عناصر و بازده ارائه می‌شود. برای اثبات عملکرد صحیح مبدل پیشنهادی نتایج شبیه‌سازی در محیط نرم‌افزار PSCAD و نتایج عملی نیز ارائه می‌شود.
[1] B. Yang, W. Li, Y. Zhao, and X. He, "Design and analysis of a grid connected photovoltaic power system," IEEE Trans. Power Electron., vol. 25, no. 4, pp. 992-1000, Apr. 2010.
[2] A. Abedini and A. Nasiri, "Applications of super capacitors for PMSG wind turbine power smoothing," in Proc. IEEE Ind. Electron. Conf., pp. 3347-3351, Nov. 2008.
[3] T. Kerekes, Analysis and Modelling of Transformerless Photovoltaic Inverter Systems, Ph.D Thesis, Institute of Energy Technology, Aalborg University, Denmark, Aug. 2009.
[4] M. G. Villalva, J. R. Gazoli, and E. R. Filho, "Comprehensive approach to modeling and simulation of photovoltaic arrays," Power Electron., IEEE Trans., vol. 24, no. 5, pp. 1198-1208, May 2009.
[5] M. Veerachary, T. Senjyu, and K. Uezato, "Voltage-based maximum power point tracking control of PV system," IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 38, no. 1, pp. 262-270, Jan. 2002.
[6] L. S. Yang, T. J. Liang, and J. F. Chen, "Transformer-less DC-DC converter with high voltage gain," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 8, pp. 3144-3152, Aug. 2009.
[7] F. Zhang, L. Du, F. Z. Peng, and Z. Qian, "A new design method for high-power high-efficiency switched-capacitor DC-DC converters," IEEE Trans. Power Electron., vol. 23, no. 2, pp. 832-840, Mar. 2008.
[8] O. Abutbul, A. Gherlitz, Y. Berkovich, and A. Ioinovici, "Step-up switching-mode converter with high voltage gain using a switched capacitor circuit," IEEE Trans. Circuits Syst. I, vol. 50, no. 8, pp. 1098-1102, Aug. 2003.
[9] S. K. Changchien, T. J. Liang, J. F. Chen, and L. S. Yang, "Novel high step-up DC-DC converter for fuel cell energy conversion system," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 6, pp. 2007-2017, Jun. 2010.
[10] K. C. Tseng and T. J. Liang, "Analysis of integrated boost-flyback step-up converter," IEE Proc. Inst. Elect. Eng.-Electric Power Appl., vol. 152, no. 2, pp. 217-225, Mar. 2005.
[11] T. F. Wu, Y. S. Lai, J. C. Hung, and Y. M. Chen, "Boost converter with coupled inductors and buck-boost type of active clamp," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 1, pp. 154-162, Jan. 2008.
[12] B. Axelrod, Y. Berkovich, and A. loinovici, "Switched coupled-inductor cell for DC-DC converters with very large conversion ratio," in Proc. IEEE Industrial Electronics Soc. Conf., pp. 2366-2371, Nov. 2006.
[13] Q. Zhao and F. C. Lee, "High-efficiency, high step-up DC-DC converters," IEEE Trans. Power Electron., vol. 18, no. 1, pp. 65-73, Jan. 2003.
[14] F. L. Luo, "Six self-lift DC-DC converters, voltage lift technique," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 48, no. 6, pp. 1268-1272, Dec. 2001.
[15] F. L. Luo and H. Ye, "Positive output super-lift converters," IEEE Trans. Power Electron., vol. 18, no. 1, pp. 105-113, Jan. 2003.
[16] K. C. Tseng and T. J. Liang, "Novel high-efficiency step-up converter," in IEE Proc.-Electr. Power Appl., vol. 151, pp. 182-190, Mar. 2004.
[17] J. M. Kwon and B. H. Kwon, "High step-up active-clamp converter with input-current doubler and output-voltage doubler for fuel cell power systems," IEEE Trans. Power Electron., vol. 24, no. 1, pp. l08-115, Jan. 2009.
[18] B. Axelrod, Y. Berkovich, and A. Ioinovici, "Transformerless DC-DC converters with a very high DC line-to-load voltage ratio," in Proc. IEEE Int. Symp. Circuits Syst., ISCAS'03, pp. 435-438, May 2003.
[19] R. J. Wai and R. Y. Duan, "High-efficiency DC/DC converter with high voltage gain," IEE Proc. Inst. Elect. Eng.-Electr., Power Appl, vol. 152, no. 4, pp. 793-802, Jul. 2005.
[20] S. M. Chen, T. J. Liang, and L. S. Yang, "A boost converter with capacitor multiplier and coupled inductor for AC module applications," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 60, no. 4, pp. 1503-1511, Apr. 2013.
[21] T. J. Liang, J. H. Lee, S. M. Chen, J. F. Chen, and L. S. Yang, "Novel isolated high-step-up DC-DC converter with voltage lift," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 60, no. 4, pp. 1483-1491, Apr. 2013.
[22] L. J. Chien, C. C. Chen, J. F. Chen, and Y. P. Hsieh, "Novel three-port converter with high-voltage gain," IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 9, pp. 4693-4703, Sep. 2014.
[23] K. C. Tseng, J. T. Lin, and C. C. Huang, "High step-up converter with three-winding coupled inductor for fuel cell energy source applications," IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 3, pp. 574-581, Feb. 2015.
[24] Y. P. Hsieh, J. F. Chen, T. J. Liang, and L. S. Yang, "Novel high step-up DC-DC converter with coupled-inductor and switched-capacitor techniques," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 59, no. 2, pp. 998-1007, Feb. 2012.
[25] B. Gu, J. Dominic, J. S. Lai, Z. Zhao, and C. Liu, "High boost ratio hybrid transformer DC-DC converter for photovoltaic module applications," IEEE Trans. Power Electron., vol. 28, no. 4, pp. 2048-2058, Apr. 2013.
[26] A. Ajami, H. Ardi, and A. Farakhor, "Design, analysis and implementation of a buck-boost DC/DC converter," IET Power Electron., vol. 7, no. 12, pp. 2902-2913, Dec. 2014.
[27] H. K. Liao, T. J. Liang, L. S. Yang, and J. F. Chen, "Non-inverting buck-boost converter with interleaved technique for fuel-cell system," IET Power Electron., vol. 5, no. 8, pp. 1379-1388, Sept. 2012.
[28] L. S. Yang, T. J. Liang, and J. F. Chen, "Transformer-less DC-DC converter with high voltage gain," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 8, pp. 3144-3152, Aug. 2009.
[29] K. I. Hwu and T. J. Peng, "High-voltage-boosting converter with charge pump capacitor and coupling inductor combined with buck-boost converter," IET Power Electron., vol. 7, no. 1, pp. 177-188, Jan. 2014.
[30] M. R. Banaei, H. Ardi, R. Alizadeh, and A. Farakhor, "Non-isolated multi-input-single-output DC/DC converter for photovoltaic power generation systems," IET Power Electron., vol. 7, no. 11, pp. 2806-2816, Jun. 2014.
[31] M. R. Banaei and H. A. F. Bonab, "A novel structure for single-switch nonisolated transformerless buck-boost DC-DC converter," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 64, no. 1, pp. 198-205, Jan. 2017.
[32] E. Salary, M. R. Banaei, and A. Ajami, "Design of novel step-up boost DC/DC converter," Iranian J. of Science and Technol., vol. 41, no. 1, pp. 13-22, Mar. 2017.
[33] M. R. Banaei, H. Ardi, and A. Farakhor, "Analysis and implementation of a new single-switch buck-boost DC/DC converter," IET Power Electron., vol. 7, no. 7, pp. 1906-1914, Jul. 2014.
