شماره مدرك
20641
شماره راهنما
17747
پديد آورنده
غلامي ايتوند، محمدرضا
عنوان
ارائه مبدلهاي بسيار افزاينده غيرايزوله مبتني بر سلف تزويجشده با كليدزني نرم كامل
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
مدارهاي مجتمع الكترونيك
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
هجده، 150ص
توصيفگر ها
مبدلهاي افزاينده و بسيار افزاينده غيرايزوله , منابع شبكه امپدانسي , كليدزني نرم , تنش ولتاژ كم , جريان ورودي پيوسته
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/14
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي برق
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/08/17
كد ايرانداك
23181460
چكيده فارسي
امروزه بهمنظور كاهش مصرف سوختهاي فسيلي، استفاده از منابع تجديدپذير در توليد انرژي الكتريكي بهطور چشمگيري گسترش يافته است. در اين ميان، سلولهاي خورشيدي و پيلهاي سوختي از جمله منابع تجديدپذير به شمار ميروند كه سطح ولتاژ توليدي آنها براي اتصال مستقيم به اينورتر كافي نبوده و نيازمند افزايش سطح ولتاژ هستند. بدين منظور، مبدلهاي افزاينده و بسيار افزايندهي DC-DC بهعنوان واسطه بين اين منابع و اينورتر بهكار گرفته ميشوند. مبدل بوست پايه به دليل سادگي و سهولت پيادهسازي يكي از گزينههاي محبوب و اصلي براي افزايش ولتاژ منبع ورودي محسوب ميشود. با اين حال، در اين ساختار تنها راه افزايش بهرهي ولتاژ، بالا بردن ضريب وظيفهي كليد اصلي است كه اين امر منجر به بروز مشكلات و محدوديتهايي ميگردد. براي رفع اين محدوديتها، روشهايي نظير استفاده از سلولهاي چندبرابركنندهي ولتاژ، خازنهاي كليدشده، سلفهاي تزويجشده و ساختارهاي مبتني بر شبكههاي منبع امپدانسي پيشنهاد شدهاند كه بدون نياز به افزايش ضريب وظيفه، بهرهي ولتاژ را بهبود ميبخشند. در اين پژوهش، رويكردهاي مختلف جهت افزايش سطح ولتاژ در مبدلهاي بسيار افزاينده مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنين، ويژگيهاي مطلوب اين دسته از مبدلها شامل دستيابي به بهره و بازده بالا، كاهش تنش ولتاژ و جريان در المانهاي نيمههادي، پيوستگي جريان ورودي، مشترك بودن زمين ورودي و خروجي، چگالي توان بالا، كاهش تعداد اجزاي مدار بهويژه كليد قدرت و فراهمسازي شرايط كليدزني نرم تحليل و بررسي شدهاند. اهداف اين پاياننامه بر توسعهي روشهايي متمركز است كه ضمن بهبود بهره ولتاژ و بازده در مبدلهاي DC-DC بسيار افزاينده غيرايزوله، ويژگيهاي كلي مورد نياز در اين دسته از مبدلها حفظ شده و همچنين شرايط كليدزني نرم كامل، بدون افزايش پيچيدگي در ساختار مبدل فراهم گردد. به همين منظور، يك مبدل بسيار افزايندهي غيرايزوله و مبتني بر ساختار بوست با سلف تزويجشده و سلولهاي چندبرابركننده ولتاژ ارائه گرديده است. در مبدل پيشنهادي با بهرهگيري از تنها يك كليد قدرت و با طراحي بهينه سلف مغناطيسكنندگي و همچنين استفاده از يك سلول اسنابر غيرفعال بدون تلفات، كليدزني نرم كامل محقق شده است. در اين ساختار تنش ولتاژ كليد كاهش يافته و مشكل بازيافت معكوس دايودها برطرف شده و علاوه بر پيوستگي جريان ورودي، زمين منبع ورودي و بار خروجي مشترك است. در ادامه و به منظور استفاده از مزاياي ساختارهاي منبع امپدانسي، يك مبدل بسيار افزاينده غيرايزوله مبتني بر شبكه شبه منبع Y و تنها با يك كليد قدرت معرفي شده است. در اين مبدل، با جابجايي محل كليد قدرت و استفاده از يك سلول اسنابر بدون تلفات، شرايط كليدزني نرم كامل فراهم شده است. همچنين با تركيب مدار كلمپ غيرفعال و خازن كليدشده، بهره ولتاژ افزايش يافته و تنش ولتاژ كليد كاهش يافته است. در اين مبدل مشكل بازيافت معكوس در تمامي دايودها برطرف شده و به دليل پيوسته بودن جريان ورودي و وجود زمين مشترك بين منبع ورودي و خروجي، دامنه كاربرد مبدل گسترش يافته است. به علت برتري روشنشدن كليد تحت شرايط ولتاژ صفر نسبت به روشنشدن در جريان صفر، با حذف دايود ورودي در ساختار شبه منبع Y و جايگزيني آن با كليد، ضمن رفع تلفات بالاي دايود، شرايط كليدزني نرم كامل در ولتاژ صفر براي هر دو كليد قدرت فراهم شده است. در اين مبدل، روشنشدن كليدها به علت هدايت دايود بدنه آنها، در ولتاژ صفر است؛ در نتيجه، تلفات كليدزني و خازني ناشي از روشنشدن كليد نيز به طور كامل حذف شده است. همچنين با استفاده از خازن اسنابر، خاموششدن كليدها در ولتاژ صفر رخ ميدهد. علاوه بر اين، انرژي سلف نشتي توسط مدار كلمپ غيرفعال جذب ميشود و با استفاده از سلول خازن كليدشده موجب افزايش بهرهي ولتاژ ميگردد. شايان ذكر است، اين ساختار مزاياي مبدلهاي پيشنهادي قبلي را نيز دارا ميباشد. در اين پاياننامه، عملكرد مبدلهاي پيشنهادي بهصورت كامل تحليل شده و بهمنظور تأييد نتايج و روابط تئوري، نمونههاي آزمايشگاهي با ولتاژ ورودي 40 ولت و ولتاژ خروجي 400 ولت، پيادهسازي گرديدهاند. بازده مبدلهاي پيشنهادي، بهترتيب در توان 150، 200 و 200 وات برابر با 36/98، 72/96 و 77/97 محاسبه شده است. همچنين، برتري ساختارهاي ارائهشده از طريق مقايسه با ساير مبدلهاي مشابه، به اثبات رسيده است.
چكيده انگليسي
Nowadays, the growing demand for reducing fossil fuel consumption has led to significant expansion in the use of renewable energy sources for power generation. Photovoltaic and fuel cells, as key renewable sources, produce low output voltages that require boosting before connection to inverters. For this purpose, step-up and high step-up DC-DC converters are widely used. Among them, the conventional boost converter is popular due to its simplicity, but its voltage gain relies solely on high duty cycles, which causes various limitations. To overcome these drawbacks, several techniques such as voltage multiplier cells, switched capacitors, coupled inductors, and impedance-source networks have been introduced. This research investigates different high-gain step-up topologies and analyzes their desired features, including high efficiency, reduced device stresses, continuous input current, common ground, high power density, low component count, and soft-switching operation. Accordingly, this thesis proposes non-isolated high step-up converters with improved gain and efficiency while maintaining simplicity and achieving full soft-switching. First, a boost-based topology integrating a coupled inductor and voltage multiplier cells is presented, using a single power switch, optimized magnetizing inductor, and a lossless snubber to realize complete soft-switching, reduced voltage stress, elimination of diode reverse recovery, continuous input current, and common ground. Additionally, a quasi-Y-source based high step-up converter with one power switch is proposed. By repositioning the switch, employing a lossless snubber, and combining a passive clamp with switched-capacitor cells, this design enhances voltage gain, reduces switch stress, eliminates diode reverse recovery, and maintains continuous input current with a common ground. Finally, by replacing the input diode with a switch in the quasi-Y-source structure, high conduction losses are avoided, and complete zero-voltage soft-switching is achieved for both switches. Turn-on occurs under ZVZCS through body diode conduction, eliminating switching and output capacitance losses, while turn-off ZVS is ensured with a snubber capacitor. The leakage energy is absorbed by a passive clamp, and the switched-capacitor further increases the voltage gain. It is noteworthy that this structure also retains the advantages of the previously proposed converters. In this thesis, the performance of the proposed converters has been fully analyzed, and to validate the theoretical results and equations, laboratory prototypes with an input voltage of 40 V and an output voltage of 400 V have been implemented. The efficiencies of the proposed converters at output powers of 150 W, 200 W, and 200 W were measured as 98.36%, 96.72%, and 97.77%, respectively. Furthermore, the superiority of the presented structures has been confirmed through comparison with other similar converters.
استاد راهنما
حسين فرزانه فرد , رسول دهقاني
استاد مشاور
احسان اديب
استاد داور
وحيد غفاري نيا , اصغر غلامي