11226

10332

كارشناسي ارشد

الكترونيك

اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده برق و كامپيوتر

1394

هشت، 114ص.: مصور

احسان اديب

حسين فرزانه فرد

اصغر غلامي، حميدرضا كارشناس

1395/02/06

مهندسي برق و كامپيوتر

ID10332

چكيده مبدلهاي دوجهتهي DC DC بهطور گسترده در سيستمهاي الكترونيك قدرت كه با ذخيرهسازي و مديريت انرژي سروكار دارند مورد استفاده قرار ميگيرند كه ازجملهي آنها ميتوان به خودروهاي الكتريكي هيبريدي سيستمهاي فتوولتائيك سيستمهاي پيل سوختي و منابع تغذيه بدون وقفه اشاره نمود بهطوركلي مبدلهاي دوجهتهي DC DC به دودستهي اصلي مبدلهاي ايزوله و غيرايزوله تقسيمبندي ميگردند مبدلهاي دوجهتهي غيرايزوله در كاربردهايي كه به وجود ايزوالسيون بين دو بخش ولتاژ باال و پايين نياز ندارند مورد استفاده قرار ميگيرند امروزه اين مبدلها بهدليل داشتن ساختاري ساده و كنترل آسان نسبت به انواع ايزوله بسيار مورد توجه قرارگرفتهاند مبدلهاي دوجهتهي DC DC غيرايزولهي پايه در كاربردهايي كه بين دو بخش ولتاژ باال و پايين اختالف زياد است بهدليل بروز مشكالت متعدد مناسب نميباشند از اين رو بهمنظور افزايش بهرهي ولتاژ مبدلهاي دوجهتهي DC DC غيرايزوله انواع بسيار افزاينده كاهنده معرفيشدهاند در اين مبدلها براي افزايش بهرهي ولتاژ از تلفيق تكنيكهايي نظير سلفهاي كوپل شده سلف سوييچ شده خازن سري و خازن سوييچ شده استفاده ميشود عالوه بر اين ازآنجاييكه معموال اين مبدلها بهعنوان مدار واسط بين باس DC ولتاژ باال و المان ذخيرهساز انرژي مانند باطري مورد استفاده قرار ميگيرند كم بودن ريپل جريان شارژ دشارژ باطريها يكي از عوامل اصلي تأثيرگذار برافزايش طول عمر و سالمت آنها ميباشد همچنين جهت كاهش تلفات كليدزني و افزايش چگالي توان همانند مبدلهاي DC DC تكجهته از تكنيكهاي مختلف كليدزني نرم استفاده ميشود ليكن بايد توجه داشت كه در اين مبدلها ايجاد شرايط كليدزني نرم با حداقل المان ممكن كه در هر دو حالت عملكردي بسيار افزاينده كاهنده كارايي الزم را دارا باشد يكي از چالشهاي طراحي آنها بهشمار ميرود در اين پاياننامه ابتدابه بيان مختصر برخي از كاربردهاي مبدلهاي دوجهتهي DC DC پرداخته شدهاست سپس ساختار و نحوهي عملكرد مبدلهاي دوجهتهي DC DC غيرايزولهي بسيار افزاينده كاهنده بههمراه تكنيكهاي معرفيشده براي افزايش بهرهي ولتاژ و ايجاد شرايط كليدزني نرم در آنها مورد بررسي قرارگرفتهاست در اين راستا نخست يك مبدل تك جهتهي DC DC كليدزني نرم با بهرهي باال و استرس ولتاژ المانهاي نيمههادي پايين تحت عنوان مبدل پيشنهادي اول معرفي شدهاست آنگاه به ارائهي يك مبدل دوجهتهي DC DC با ويژگي كليدزني نرم بهرهي ولتاژ باال و تعداد المان كم تحت عنوان مبدل پيشنهادي دوم پرداخته شدهاست درادامه بهمنظور بهبود ريپل جريان شارژ و دشارژ باطريها در مبدلهاي دوجهته مبدل درهمتنيدهي پيشنهادي اول معرفي شدهاست و سپس بهمنظور افزايش بهرهي ولتاژ كاهش استرس ولتاژ المانهاي نيمههادي ايجاد شرايط كليدزني نرم و بهبود هرچه بيشتر ريپل جريان در مبدل پيشنهادي درهمتنيدهي اول از ايدهاي مشابه تكنيك WCCI استفاده شده و مبدلي دوجهته تحت عنوان مبدل پيشنهادي درهمتنيدهي دوم معرفي شدهاست در هر بخش صحت راهكارهاي پيشنهادي در قالب تحليلهاي نظري نتايج شبيهسازي و نتايج پيادهسازي عملي اثبات گرديدهاست در انتها نيز با استمداد از مطالب و نتايج ارائه شده ضمن بيان يك نتيجهگيري كلي به ارائهي پيشنهادهايي كه ميتواند در پژوهشهاي آتي مدنظر قرار گيرند پرداخته شدهاست واژههاي كليدي ـــ 1 مبدل دوجهته 2 غيرايزوله 3 بسيار كاهنده افزاينده 4 تكنيكهاي كليدزني نرم

115 Analysis and improvement of non isolated high step up down bidirectional DC DC converters Navid Molavi n molavi@ec iut ac ir January 12 2016 Department of Electrical and Computer Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language Farsi Ehsan Adib Adib@cc iut ac ir Abstract Bidirectional DC DC converters are widely employed in power electronic equipment dealing withstorage and management of energy in applications such as hybrid electric vehicles photovoltaic systems fuelcell systems and uninterruptable power supplies The non isolated converters are used in applications whichgalvanic isolation between low and high voltage sides is not required Todays major research is focused onthese converters due to their simple structure and easy control Conventional non isolated bidirectional DC DC converters are not suitable for high step up down applications due to their limited voltage gain In order toachieve a high conversion ratio many techniques are applied such as coupled inductors switched inductor series capacitor and switched capacitor Moreover since bidirectional converters are usually employed as aninterface between energy storage elements such as batteries and high voltage DC bus low charge dischargecurrent ripple is one of the main factors affecting longevity and health of batteries Besides in order to reduceswitching losses and increase power density various soft switching techniques are used but it should be notedthat establishing soft switching condition with minimal elements that operate properly in both power flowdirections is one of the challenges in these converters In this thesis different non isolated high step up down bidirectional DC DC converters along withtechniques to increase voltage gain and establishing soft switching condition are reviewed Afterwards aunidirectional soft switched DC DC converter with high step up gain and low voltage stress across switches isproposed A bidirectional DC DC converter is introduced with soft switching high voltage gain characteristicsand low number of elements In order to improve the batteries charge discharge current ripple the firstinterleaved bidirectional converter is proposed In order to extend voltage gain reduce semiconductors voltagestress establish soft switching condition and further charge discharge batteries current ripple enhancement theidea of the first proposed converter is combined with simplified WCCI technique and the second interleavedbidirectional converter is introduced The validity of the theoretical ideas are justified by simulation andpractical implementation results Finally conclusions along with recommendations for further research arepresented Key Words Bidirectional converter Non isolated High step up down Soft switching

احسان اديب

حسين فرزانه فرد

اصغر غلامي، حميدرضا كارشناس