مبدل DC-DC بدون ترانسفورماتور افزاینده با ضریب بوست بالا مبتنی بر شبکه خازن سوئیچ‌شده فعال

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشکده فنیمهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی

10.22075/jme.2021.22647.2044

چکیده

مبدل‌های DC-DC افزاینده با بهره ولتاژ بالا به طور گسنرده در کاربردهای مختلفی از جمله منابع انرژی تجدیدپذیر مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مبدل بوست مرسوم، بهره ولتاژ از طریق تنش ولتاژ بالا، ریپل جریان زیاد و بازده کم ناشی از به‌کارگیری نسبت سیکل کاری بالا محدود می‌شود. در این مقاله برای رفع این مشکل، مبدل DC-DC افزاینده مبتنی بر شبکه خازن سوئیچ‌شده فعال (ASC) پیشنهاد شده است. در این ساختار پیشنهادی هر دو تکنیک خازن سوئیچ‌شده فعال (ASC) و سلف سوئیچ‌شده فعال (ASL) به همراه شاخه سوئیچ و دیود برای دستیابی به بهره ولتاژ بالا ترکیب شده است. به کارگیری سه سوئیچ با دو سیکل کاری مختلف و افزایش بهره ولتاژ با افزودن صرفا یک دیود و خازن از جمله مزایای این مبدل محسوب می‌شوند. در کنار این مزایا، در مبدل پیشنهادی بر خلاف سایر ساختارهای خازن سوئیچ‌شده مورد استفاده برای افزایش ولتاژ، جریان‌های گذرای زیاد برای خازن سوئیچ‌شده فعال وجود ندارد. در این مقاله به ارائه اصول عملکردی مبدل پیشنهادی در رژیم هدایتی پیوسته، طراحی سلف‌ها و خازن‌های ساختار ارائه شده و مقایسه این ساختار با دیگر ساختارهای مشابه پرداخته شده است. همچنین المان‌های پارازیتی برای محاسبه بهره ولتاژ DC واقعی و بازده مورد بررسی قرار گرفته‌اند. در نهایت برای نمایش صحت عملکرد مبدل پیشنهادی، نتایج شبیه‌سازی در محیط نرم افزار PSIM ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Transformerless High Step-up DC-DC Converter Based on Active Switched Capacitor Network

نویسندگان [English]

  • Armineh Dastgiri 1
  • Majid Hosseinpour 2
  • Ali Seifi 1
1 Department of Electrical and Computer Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Department of Electrical and Computer Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

High step-up DC-DC converters are widely used in various applications such as renewable energy sources. The voltage gain of the conventional boost converter is limited by high voltage stress, high current ripple and low efficiency due to the high duty cycle ratio. In order to solve these problems, a step-up DC-DC converter based on active switched capacitor (ASC) network is proposed. In the proposed structure, both active switched capacitor (ASC) and active switched inductor (ASL) techniques are combined together with the switch and diode array to achieve high voltage gain. Employing three switches with two different duty cycles and increasing the voltage gain by adding only one extra diode and capacitor are the main advantages of this converter. Beside these advantages, unlike other voltage-boosting structures that utilized switched capacitor, the proposed converter avoids the extreme instantaneous currents of capacitor. The operational principles of the proposed converter in the continuous conduction mode (CCM), inductor and capacitor design and comparison of the proposed converter with other similar structures are presented in this article. Also, the parasitic elements are assumed to calculate the DC-voltage gain and the efficiency of the converter accurately. Finally, simulation results are presented in PSIM software to validate the feasibility of the proposed converter.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Active switched capacitor (ASC)
  • Active switched inductor (ASL)
  • Transformerless high step-up converter
  • High voltage gain