شماره مدرك
19811
شماره راهنما
17114
پديد آورنده
تركزاده، اميرحسين
عنوان
بررسي و بهبود مبدلهاي دو جهته DC-DC غيرايزوله كليدزني نرم با بهره ولتاژ بالا
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
مدارهاي مجتمع الكترونيك
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1403
صفحه شمار
ده، 127ص. :مصور، جدول،نمودار
توصيفگر ها
مبدلهاي دوجهته , مبدلهاي DC-DC غيرايزوله , كليدزني نرم
تاريخ ورود اطلاعات
1403/07/24
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي برق
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1403/07/25
كد ايرانداك
23075233
چكيده فارسي
با توسعه سريع كاربردهاي انرژيهاي پاك، مانند پنلهاي خورشيدي استفاده از مبدلهاي دوجهته DC-DC گسترش چشمگيري يافته است. همچنين، مبدلهاي دوجهته براي استفاده در شارژ و دشارژ منابع ذخيره كننده انرژي دركاربردهايي نظير پيل سوختي، منابع تغذيه بدون وقفه و درايو موتور سيستمهاي توان هيبريدي مورد استفاده قرار ميگيرند. مبدلهاي دوجهته DC-DC به دو دسته كلي ايزوله و غيرايزوله تقسيم بندي ميشوند. در مبدلهاي ايزوله با تغيير نسبت دور ترانسفورمر، ميتوان به بهرهي بسيار افزاينده يا بسيار كاهنده رسيد؛ ولي اين مبدلها داراي معايبي از قبيل تلفات هدايتي بالا، بازده كم، تعداد زياد كليد، تنش ولتاژ بالاي كليدها، هزينه و وزن زياد و كنترل پيچده نسبت به مبدلهاي غيرايزوله ميباشند. از اين رو، در كاربردهايي كه نياز به ايزولاسيون نباشد، مبدلهاي دوجهته غيرايزوله در كانون توجه طراحان و مهندسان قرار گرفتهاند. اكثر مبدلهاي دوجهته غيرايزوله بر پايهي مبدلهاي باك/بوست، سپيك/زتا و چوك/چوك توسعه مييابند و براي افزايش بهره اين مبدلها از سلف تزويج و خازن كليد شونده استفاده ميشود. با توجه به اين كه، مبدلهاي دوجهته در شارژ و دشارژ منابع ذخيره كننده انرژي مانند باتري استفاده ميشوند و انرژي اين منابع محدود ميباشد، به حداقل رساندن تلفات و ارائه يك ساختار كارآمد و اقتصادي براي اين مبدلها، بسيار ارزشمند است. از طرف ديگر، به منظور كاهش حجم و وزن مبدلها، بايد فركانس كاري آنها افزايش يابد، كه اين امر موجب افزايش تلفات كليدزني و كاهش بازده مبدل ميگردد. بنابراين براي كاهش تلفات كليدزني، از روشهاي كليدزني نرم استفاده ميشود. در نتيجه، يكي از چالشهاي طراحي مبدلهاي دوجهته، فراهم كردن شرايط كليدزني نرم براي المانهاي نيمههادي ميباشد.
در اين پاياننامه، ابتدا برخي ازكاربردهاي مبدلهاي دوجهته DC-DC و همچنين چالشهاي طراحي اين مبدلها بيان شده است. سپس، در فصل دوم ساختارهاي مبدلهاي دوجهته DC-DC غيرايزوله و روشهاي به كار برده شده به منظور افزايش بهره ولتاژ و همچنين ايجاد شرايط كليدزني نرم بر اساس ايدههايهاي ارائه شده در سالهاي اخير بررسي گرديده است. پس از آن، در فصل سوم مبدل پيشنهادي اول، كه داراي شرايط كليدزني نرم ، ساختار ساده و بهره ولتاژ نسبتا بالا است معرفي شده است. در فصل چهار، به منظور كاهش ريپل جريان مجموعه باتريها در مبدلهاي دوجهته و افزايش بهره ولتاژ، مبدل پيشنهادي دوم معرفي گرديده و پس از آن به منظور دستيابي به بهره ولتاژ بالا و كاهش تنش ولتاژ المانهاي نيمههادي و همچنين بازده بالا، مبدل دوجهته سوم در فصل پنجم معرفي ميگردد. در اين پاياننامه، ضمن بررسي كامل عملكرد مبدلهاي پيشنهادي، تحليلهاي نظري و نتايج شبيه سازي به منظور تأييد صحت عملكرد مبدلهاي پيشنهادي ارائه گرديده است. همچنين، نتايج پيادهسازي عملي مبدلهاي پيشنهادي اول و سوم جهت ارزيابي عملكرد مبدلها نمايش داده شده است. در فصل ششم، نتيجهگيري از مباحث مطرح شده و پيشنهادهايي جهت ادامه كار بيان شده است.
چكيده انگليسي
With the rapid development of clean energy applications such as solar panels, the use of bidirectional DC-DC converters has expanded significantly. In addition, bidirectional converters are used for charging and discharging energy storage sources in applications such as fuel cells, uninterruptible power supplies, and motor drives for hybrid power systems. Bidirectional DC-DC converters are classified into two main categories: isolated and non-isolated. In isolated converters, by changing the turns ratio of the transformer, it is possible to achieve high step-up/down voltage gain. However, these converters have disadvantages such as high conduction losses, low efficiency, large number of switches, high voltage stress across the switches, high cost and weight, as well as complicated control compared to non-isolated converters. Therefore, in applications where isolation is not required, non-isolated bidirectional converters have become the focus of attention for designers and engineers. Most non-isolated bidirectional converters are developed based on Buck/Boost, Spike/Zeta and Cuk/Cuk converters. To increase the voltage gain of these converters, coupled inductor and switching capacitor are used. Given that bidirectional converters are used for charging and discharging energy storage sources such as batteries, and the energy of these sources is limited, it is highly valuable to minimize losses and provide an efficient and economical structure for these converters. On the other hand, to reduce the size and weight of the converters, their operating frequency must be increased, which leads to higher switching losses and reduced converter efficiency. Therefore, soft switching methods are used to reduce switching losses. As a result, one of the challenges in designing bidirectional converters is to provide soft switching conditions for semiconductor components.
At the beginning of this thesis, some applications of bidirectional DC-DC converters, as well as the design challenges of these converters, are presented. In chapter two, the structures of non-isolated bidirectional DC-DC converters and the methods used to increase voltage gain, as well as to create soft switching conditions based on ideas proposed in recent years, are examined. Subsequently, in chapter three, the first proposed converter, which features soft switching conditions, a simple structure, and relatively high voltage gain, is introduced. In chapter four, the second proposed converter is introduced to reduce the current ripple in battery packs of bidirectional converters and to increase the voltage gain. Following that, in chapter Five, the third bidirectional converter is introduced, designed to increase voltage gain, reduce voltage stress on semiconductor components, and improve efficiency. In this thesis, a comprehensive evaluation of the performance of the proposed converters is conducted, along with theoretical analyses and simulation results provided to validate the effectiveness of the proposed converters. Additionally, the practical implementation results of the first and third proposed converters are displayed to assess their performance. In chapter six, a conclusion of the discussed topics and suggestions for future work are presented.
استاد راهنما
حسين فرزانه فرد
استاد مشاور
احسان اديب
استاد داور
رسول دهقاني , محمد صدقي