14426

1340 دكتري

دكتري

الكترونيك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1397

هشت، [128]ص.: مصور، جدول، نمودار

احسان اديب

حسين فرزانه‌فرد

حميدرضا كارشناس، ايمان ايزدي

1397/12/19

كتابنامه

برق و كامپيوتر

مهندسي برق و كامپيوتر

1397/12/19

ID1340 دكتري

چکیده مبدلهای DC DC بسیار افزاینده غیرایزوله کاربرد زیادی در منابع تغذیه بدون وقفه و سیستمهای انرژی تجدیدپذیر دارند در چنین کاربردهایی از مبدل بسیار افزاینده برای تولید یک باس DC با ولتاژ مناسب برای اینورتر طبقه بعدی استفاده میشود در صورتی که مبدل بسیار افزاینده دینامیک سریعی داشته باشد امكان طراحی یک حلقه کنترل ولتاژ با پهنای باند بزرگ برای آن وجود دارد که باعث میشود مبدل حلقه بسته عملكرد بهتری در جبران تغییرات ولتاژ خروجی ناشی از تغییرات بار داشته باشد به همین دلیل موضوع اصلی این تحقیق بررسی و بهبود مبدلهای بسیار افزاینده غیرایزوله هم از نظر بهره ولتاژ و بازده انرژی و هم از نظر پاسخ دینامیكی میباشد وجود صفر نیمصفحه راست در تابع انتقال مبدلهای نوع بوست از ورودی کنترل ضریب وظیفه به ولتاژ خروجی عامل اصلی محدودیت پاسخ فرکانسی آنها میباشد بنابراین الزم است که ساختارهای جدیدی با رفتار دینامیكی بهتر ارائه شود که امكان دستیابی به پهنای باند حلقه بسته بزرگ برای آنها وجود داشته باشد یكی از روشهای رایج که در مبدلهای بسیار افزاینده برای دستیابی به بهره ولتاژ بزرگ به کار میرود استفاده از سلف تزویجی میباشد بررسی اثر سلف تزویجی بر پاسخ دینامیكی مبدل بوست نشان میدهد که استفاده از نوع فوروارد آن برخالف نوع فالیبک میتواند باعث حذف صفر نیمصفحه راست از تابع انتقال مبدل نهایی شود به همین دلیل با وجود این که سلف تزویجی نوع فوروارد نسبت به نوع فالیبک بهره ولتاژ مبدل را کمتر افزایش میدهد اما استفاده از آن در کاربردهایی که به دینامیک سریع نیاز است میتواند به افزایش پهنای باند حلقه بسته کمک کند در این تحقیق یک مبدل بسیار افزاینده غیرایزوله بر پایه ساختار منبع امپدانسی ارائه میشود که دارای تنها یک قطعه مغناطیسی میباشد تحلیلهای انجام شده نشان میدهد که تزویج سلفهای شبكه منبع امپدانسی باعث کاهش مقاومت سیمپیچ آنها شده و به بهبود بازده مبدل کمک میکند برای افزایش بیشتر بازده مبدل پیشنهادی یک مدار کمكی گذر در ولتاژ صفر نیز به آن اضافه شده است در مبدل پیشنهادی با هدف دستیابی همزمان به بهره ولتاژ بزرگ و عملكرد دینامیكی مناسب از سلف تزویجی نوع فوروارد استفاده میشود اما مدلسازی و تحلیل دینامیكی مبدل نشان میدهد که در صورت دستیابی به بهره ولتاژ خیلی بزرگ امكان حذف صفر نیمصفحه راست از تابع انتقال مبدل وجود ندارد با وجود این که ساختار به دست آمده دارای بهره ولتاژ بسیار بزرگ و بازده مناسبی میباشد اما تعداد قطعات آن زیاد بوده دینامیک سریع حاصل نشده و جریان ورودی ناپیوسته دارد برای برطرف کردن مشكالت ذکر شده و دستیابی به تمام اهداف مورد نظر این تحقیق یک مبدل بسیار افزاینده دیگر بر پایه ساختار منبع شبهامپدانسی ارائه میشود در این مبدل نیز سلف تزویجی نوع فوروارد به کار رفته است تا هم بهره ولتاژ مبدل افزایش یابد و هم امكان بهبود عملكرد دینامیكی آن فراهم شود به منظور کاهش تلفات هدایتی دیود موجود در شبكه امپدانسی از کلید سنكرون به جای آن استفاده میشود اضافه شدن کلید سنكرون به مدار به ایجاد شرایط کلیدزنی نرم برای همه قطعات نیمههادی مبدل نیز کمک میکند این موارد باعث میشود که مبدل پیشنهادی از بازده باالیی در محدوده وسیعی از تغییرات بار برخوردار باشد سادگی ساختار مبدل سبب شده است که تعداد قطعات آن زیاد افزایش نیابد و برای کاربردهای با توان کم به صرفه باشد از طرف دیگر بررسی عملكرد مبدل در شرایط دینامیكی نشان میدهد که امكان طراحی یک حلقه کنترل ولتاژ سریع برای آن وجود داشته و مبدل حلقه بسته به خوبی قادر به تثبیت ولتاژ خروجی حتی در شرایط تغییر پلهای بار می باشد بنابراین همه اهداف تعیین شده در این تحقیق که شامل دستیابی به یک مبدل بسیار افزاینده غیرایزوله با بهره ولتاژ بزرگ بازده زیاد تعداد قطعات کم جریان ورودی پیوسته و دینامیک سریع میباشد محقق شده است در انتها پیشنهاداتی نیز برای ادامه کار این تحقیق و تكمیل و بهبود آن ارائه میشود کلمات کلیدی مبدلهای DC DC بسیار افزاینده غیرایزوله بهبود پاسخ دینامیكی مدلسازی فضای حالت روشهای کلیدزنی نرم

Improvement of Nonisolated High Step Up DC DC Converters Considering Their Dynamic Responses Behzad Poorali Riabi behzad poorali@ec iut ac ir February 25 2019 Department of Electrical and Computer Engineering Isfahan University of Technology 84156 83111 Isfahan IranSupervisor Dr Ehasn Adib e adib@cc iut ac irAdvisor Dr Hosein Farzanehfard Department Graduate Program Coordinator Dr Gholam Reza Yousefi Department of Electrical and Computer Engineering Isfahan University of Technology 84156 83111 Isfahan IranAbstractNonisolated high step up DC DC converters are widely employed in uninterruptible power supplies andrenewable energy systems In such applications a high step up converter is used to generate a high voltage DCbus for the next stage inverter The main objective of this research is to study and improve nonisolated high step up DC DC converters regarding their voltage gain and energy efficiency as well as their dynamic responses Existence of a right half plane RHP zero in the control to output transfer functions of boost converters is knownas the main limiting factor of their frequency responses In this research the use of forward type coupled inductorsis suggested as a new method to improve the dynamic responses of high step up converters by eliminating theirRHP zeros Moreover two new nonisolated high step up converters are proposed based on the impedance sourceand quasi impedance source structures and using forward type coupled inductors Although the first proposedconverter offers ultra high voltage gain and high efficiency it cannot achieve fast dynamics However the secondproposed converter meets all the desired features such as large voltage gain high efficiency a small number ofcomponents continuous input current and fast dynamics Key WordsNonisolated high step up DC DC converters improvement of dynamic response state spacemodeling soft switching techniques IntroductionNonisolated high step up DC DC converters have many applications in power electronicssystems Particularly they are widely employed in uninterruptible power supplies UPSs andrenewable energy systems to increase the low voltage of batteries photovoltaic PV panels and fuel cells As one of the applications of high step up converters the standby UPS is a simple structuresuitable for low power 100 500W applications requiring a backup supply to continue theiroperations in case of power outages This structure is composed of an AC DC converter tocharge the power supply batteries and a DC AC converter to convert the direct voltage ofbatteries to an alternating voltage required by the load One of the common configurations forthe DC AC converter is the two stage structure consisting of a high step up DC DC stage togenerate a DC bus with an appropriate voltage for the next stage inverter It is possible to designa voltage control loop with wide bandwidth for the high step up converter if its dynamics isfast enough Wider closed loop bandwidth helps the converter have smaller output

احسان اديب

حسين فرزانه‌فرد

حميدرضا كارشناس، ايمان ايزدي