شماره مدرك :
19195
شماره راهنما :
16629
پديد آورنده :
مسعود، علي
عنوان :

ارائه مبدل‌هاي بسيار افزاينده و فوق افزاينده بر پايه مبدل‌هاي امپدانسي با هدف بهبود بازده

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
الكترونيك-مدارهاي مجتمع الكترونيك
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1402
صفحه شمار :
پانزده، 136ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
مبدل‌هاي بسيار افزاينده , مبدل‌‌هاي فوق افزاينده , منابع شبكه امپدانسي , كليدزني نرم , مبدل كوادراتيك , تنش ولتاژ‌ كم
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/07/29
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
برق
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/11/11
كد ايرانداك :
2975353
چكيده فارسي :
امروزه نياز به سطح بهره ولتاژ بالا در بسياري از كاربردها مانند توليد انرژي الكتريكي از منابع تجديد‌پذير و برداشت‌گرهاي انرژي، خودروهاي برقي و منابع پالسيِ ولتاژ بالا باعث شده تا مبدل‌هاي افزاينده و بسيار افزاينده مورد توجه بيشتري قرار گيرند. استفاده از مبدل بوست پايه كه تنها از يك كليد قدرت، دايود خروجي و يك سلف در ورودي تشكيل شده، يك روش ساده براي افزايش سطح ولتاژ منبع ورودي است. هرچند مبدل بوست پايه به دليل ساختار ساده و پياده‌سازي آسان محبوب است؛ اما داراي محدوديت‌هايي نيز مي‌باشد. در اين مبدل تنها راه افزايش بهره ولتاژ افزايش ضريب وظيفه كليد اصلي مبدل است كه با افزايش بيش از حد ضريب وظيفه‌، تلفات مبدل و پيچيدگي كنترل افزايش مي‌يابد. همچنين براي انتقال يك توان مشخص به خروجي، با كاهش زمان انتقال توان به خروجي تنش جريان دايود خروجي به شدت افزايش مي‌يابد كه باعث تشديد اثر منفي بازيافت معكوس دايود خروجي و كاهش بازده مبدل مي‌شود. نياز به بهره‌هاي ولتاژ بالا و درعين‌حال بالا نگه‌داشتن بازده‌ي سيستم در برخي از كاربردها موجب شده است تا روش‌هايي براي افزايش بهره مبدل بوست به غير از افزايش ضريب وظيفه‌ي كليد مبدل ابداع شوند. در اين پژوهش ابتدا به بررسي روش‌هاي موجود براي افزايش بهره در مبدل‌هاي افزاينده مانند استفاده از خازن‌هاي كليد شده، سلول‌هاي چند برابركننده ولتاژ، سلف‌هاي كليد شده و مدارات بالابرنده ولتاژ، كوپلاژ مغناطيسي و مبدل‌هاي چندسطحي پرداخته‌شده است سپس عملكرد، مزايا و معايب هركدام از روش‌ها و ساختارهاي افزاينده‌ي مذكور بيان گشته است و در نهايت چهار ساختار بسيار افزاينده و فوق افزاينده با استفاده از ساختار منبع امپدانسي Y-source ارائه شده است. در مبدل اول با تركيب ساختار كوادراتيك با ساختار مبدل Y-source ضمن ايجاد يك مبدل فوق افزاينده با تنها يك كليد، تنش ولتاژ دايود‌هاي خروجي، كوادراتيك و كليد به شدت كاهش‌يافته همچنين با استفاده از كليدي با مقاومت هدايتي پايين و دايود‌هايي با ولتاژ‌هاي هدايتي كمتر، بازده مبدل بهبود پيدا كرده است. در نهايت نتايج شبيه‌سازي براي تأييد نتايج تئوري ارائه گشته‌اند. ساختار ارائه شده دوم نيز تركيب مبدل بوست با ساختار Y-source است كه باعث ايجاد بهره ولتاژ كوادراتيك بالا شده و همچنين با جايگزين‌كردن دايود كوادراتيك با كليد بوست علاوه بر ساده‌سازي مدار‌هاي گيت درايور، تلفات زياد ناشي از دايود كوادراتيك از بين رفته است. به‌علاوه، مقدار مؤثر جريان كليد ساختارY-source نيز با حذف دايود كوادراتيك كاهش‌يافته كه باعث بهبود بازده مبدل در توان‌هاي بالا شده است. در اين مبدل وجود مدار كلمپ با جذب انرژي سلف نشتي مانع از پرش ولتاژ بر روي كليد ساختار Y-source مي‌شود. در انتهاي اين فصل نتايج حاصل از شبيه‌سازي نيز براي تأييد نتايج تئوري به دست آمده براي مبدل ارائه شده است. از آنجايي كه يكي ديگر از منابع اتلاف توان بخصوص در فركانس‌هاي بالا تلفات كليدزني است دو مبدل ديگر با هدف كاهش تعداد عناصر و ايجاد شرايط كليدزني نرم براي مبدل پيشنهادي دوم ارائه شده‌ است. در هر دو ساختار‌ كليدهاي مبدل در شرايط ZVS روشن و خاموش مي‌شوند كه تلفات كليدزني را كاهش مي‌دهد. از طرفي با افزايش فركانس كليدزني مي‌توان با كاهش اندازه عناصر مغناطيسي، چگالي توان مبدل را افزايش داد همچنين هر دو مبدل داري بهره ولتاژ بالا و تنش ولتاژ پايين بر روي عناصر نيمه‌هادي خود مي‌باشند. در نهايت براي تأييد نتايج تئوري نتايج حاصل از شبيه‌سازي و پياده‌سازي مبدل‌ها نيز ارائه گرديده است.
چكيده انگليسي :
Today, the need for high voltage gain in many applications such as electric power generation from renewable sources and energy harvesters, electric vehicles, and high-voltage pulse generators has led to increased attention on step-up and high step-up converters. Employing the basic boost converter, consisting of only a power switch, an output diode and an inductor at the input, is a simple method for increasing the voltage level of the input source. Although the basic boost converter is popular due to its simple structure and easy implementation, but it has certain limitations. In this converter, the only way to increase the voltage gain is by increasing the main switch duty cycle, which increases the converter loss and control complexity at extreme duty cycles. Furthermore, to transfer a specific power to the output, reducing the power transfer time to the output increases the current stress on the output diode, which intensifies the negative effects of the diode reverse recovery and reduces the converter efficiency. The need for high voltage gain and simultaneously maintaining the system high efficiency in some applications has led to the development of new methods to increase the voltage gain of the boost converter without the increasing the duty cycle. In this research, the existing methods for increasing the voltage gain in step-up converters, such as using the switched capacitors, voltage multiplier cells, switched inductors and voltage lift circuits, magnetic coupling and multi-level converters, are investigated, and the performance, advantages and disadvantages of each method is explained. Then, four high step-up and ultra step-up topologies are proposed using the Y-source impedance network. In the first converter, by combining the quadratic topology with the Y-source converter structure, while creating an ultra step-up converter with only one switch, the voltage stress of the output diode, quadratic diode and the switch are greatly reduced, also by using a switch with low conduction resistance and diodes with lower forward voltages, the converter efficiency is improved. Finally, the simulation results are presented to verify the theoretical results. The second proposed topology is the combination of the boost converter with the Y-source structure, which creates a high quadratic voltage gain, and by replacing the quadratic diode with the boost switch, the gate driver circuits are simplified and the high conduction loss caused by the quadratic diode is eliminated. Also, the RMS amount and current stress of the Y-source structure switch is reduced by removing the quadratic diode, which improves the converter efficiency at high powers. In this converter, the clamp circuit prevents the voltage spike on the Y-source topology switch by absorbing the leakage inductance energy. At the end of this chapter, the simulation results are presented to verify the converter theoretical results. Since one of the power loss sources, especially at high frequencies, is the switching losses, two additional converters are proposed to reduce the number of elements and create soft-switching conditions for the second proposed converter. In both structures, the converter switches are turned on and off under ZVS condition, which reduces the switching losses. Moreover, by increasing the switching frequency, it is possible to increase the converter power density by reducing the magnetic elements sizes, Also both converters operate at high voltage gains wit low voltage stresses on their semiconductor devices. Finally, to validate the theoretical results, the converters simulation and implementations results are presented.
استاد راهنما :
حسين فرزانه فرد
استاد مشاور :
احسان اديب
استاد داور :
وحيد غفاري نيا , نسرين رضايي حسين آبادي
لينک به اين مدرک :

بازگشت