Skip to main content
SUPERVISOR
Ehsan Adib,Hossein Farzanehfard
احسان ادیب (استاد مشاور) حسین فرزانه فرد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohsen Packnezhad
محسن پاک نژاد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1394
The demand for renewable energy sources, such as solar and fuel cells, are growing due to less pollution compared to fossil fuels. These systems often require storage devices and a bidirectional dc–dc converter (BDC).The BCDs commonly utilize to manage energy and convert voltage level between the dc bus and the storage devices. It is common that the storage device voltage level, low-voltage side VL, ranges from 12 to 48 V, while the dc bus, high-voltage side VH, is in 380–800 V to connect to an inverter. Hence, the voltage-level difference between VH and VL is rather high. By series connection of storage devices, the low-side voltage level can be increased, but this leads to many problems, such as higher cost and shorter life of batteries. The isolated BDCs can achieve a high step-up/step-down voltage gain via the transformer turns ratio. These converters are suitable for high power levels. However, in low-to-medium-power applications where electric isolation between low and high-voltage sides is not essential, such as photovoltaic, electric vehicles, and power factor correction applications, the nonisolated BDCs are more attractive due to fewer switches, lower weight, and cost. Among nonisolated BDCs, the buck/boost converter is the simplest approach in order to have minimum devices, low cost, and complexity. In the high-voltage conversion ratio applications, the duty cycle reaches near unity in the boost operating state and extremely low in the buck operating state, which causes high current stress, reverse recovery problem, and conduction losses. Therefore, a BDC with a high step-up/step-down voltage conversion ratio should be utilized for these applications. Appling coupled inductors to buck/boost bidirectional converter is the most effective way to achieve high voltage conversion ratio and overcome the mentioned problems. These converters have fewer elements and smaller leakage inductance as compared to the isolated bidirectional converters. In this dissertation, the coupled inductors technique is applied to buck/boost converter to extend the voltage conversion ratio and to overcome the associated problems. Key Words High step up/downs bidirectional dc-dc converter, Coupled inductor, soft switching techniques, zero voltage switching (ZVS), zero current switching (ZCS). Pulsating current.
امروزه مبدل‌های دو جهته DC-DC کاربرد زیادی در سیستم‌های تجدیدپذیر پیدا کرده‌اند. مبدل‌های دوجهته امکان انتقال توان بین دو منبع در هر دو جهت را دارند. در این مبدل‌ها جهت جریان مبدل، بدون تغییر پلاریته ولتاژ دو منبع DC می‌تواند معکوس شود. مبدل‌های دوجهته، دارای نقش مهمی در سیستم‌های انتقال توان با عناصر ذخیره‌کننده انرژی مانند باتری‌ها و ابر‌خازن‌ها می‌باشند. مبدل‌های دوجهته برای انتقال انرژی از ورودی با ولتاژ کم به خروجی ولتاژ بالاتر، نیاز به مبدل‌هایی با نسبت ولتاژ بالا دارند و برای انتقال انرژی در جهت معکوس، نیاز به مبدلی با نسبت ولتاژ بسیار پایین دارند. اگر از مبدل ذاتی افزاینده بوست و کاهنده باک به منظور افزایش زیاد و کم نسبت ولتاژ مبدل استفاده شود، به‌ترتیب نیاز به افزایش ضریب‌وظیفه نزدیک به واحد یا نزدیک به صفر می‌باشند که باعث بروز مشکلاتی نظیر افزایش بیشینه جریان المان‌ها، تلفات کلیدزنی و هدایتی می‌شود. در این رساله از روش سلف‌های تزویج‌شده برای افزایش نسبت ولتاژ، استفاده شده است. سلف‌های تزویج‌شده موقعی‌که کلید خاموش و روشن می‌شود، می‌تواند پلاریته مخالف داشته باشد که برای افزایش/کاهش نسبت ولتاژ در دوجهت مناسب می‌باشد. استفاده از این روش، مشکلاتی برای ساختار مبدل‌ها ایجاد می‌کند که پرش جریان و اسپایک سلف‌های نشتی از مهمترین این مشکل‌ها می‌باشند. در این رساله، ابتدا از ساختارهای درهم‌تنیده به‌‌منظور افزایش نسبت ولتاژ و حذف پرش جریان طرف منبع ولتاژ پایین استفاده شده است که باعث افزایش تعداد المان‌‌‌های مدار با توجه به لزوم دو فاز بودن مدار می‌‌‌‌باشد. همچنین برای هر جهت مبدل از دو مدار کمکی استفاده شده است. این موارد باعث شده است که تعداد المان‌‌‌‌های مدار زیاد باشد. به‌منظور کاهش تعداد المان‌‌‌‌های مدار، ابتدا مبدل‌های دوجهته‌ای با تعداد المان کم پیشنهاد شده است و در ادامه مشخصات دیگر به مبدل‌های پیشنهادی اضافه شده است. بر این اساس مبدلی ارایه شده است که با کمترین المان ممکن و نسبت ولتاژ بالا ایجاد شده است و به کمک روش ساده‌‌ای مسیر جابه‌‌‌‌جایی توان سلف‌‌‌‌های تزویج‌‌شده از منبع طرف ولتاژ پایین مجزا شده است و با اضافه کردن خازنی منبع ولتاژی برای سلف‌‌های تزویج‌‌شده مهیا شده است. به کمک این روش پرش‌‌های جریان از منبع طرف ولتاژ پایین دور شده است و نیازی به افزایش تعداد فازهای مبدل به‌‌منظور پیاده‌‌سازی ساختار درهم‌تنیده نمی‌‌ باشد. البته ساختارهای درهم‌‌تنیده قابلیت تقسیم جریان بین فازها را دارند که با توجه به این مطلب در این فصل مبدل درهم‌‌تنیده با نسبت ولتاژ بالا/پایین ارایه شده است که فقط از یک مدار کمکی با کمترین المان ممکن برای هر دو فاز و هر دو جهت عملکردی مبدل استفاده شده است. همان طور که در بالا به آن اشاره شد، استفاده از سلف‌‌های تزویج‌‌شده رایج‌‌ترین و مناسب‌‌‌‌ترین روش برای افزایش نسبت ولتاژ در مبدل‌‌های دوجهته می‌‌باشد. در این ساختارها استفاده از مدار مهارکننده فعال به منظور ایجاد شرایط کلیدزنی نرم و جذب انرژی سلف نشتی، سلف‌‌های تزویج شده بسیار رایج می‌‌باشد که با توجه به دو جهت عملکرد مبدل، معمولا دو مدار مهارکننده تلفیق شده با عناصر مدار استفاده می‌‌شود. از عللی که باعث افزایش تعداد المان‌های مدار می‌شود، نیاز آن به مدار مهارکننده می‌باشد. در واقع به کمک روش منحصر به فرد نیاز مبدل‌‌ به مدار مهارکننده فعال برای جذب انرژی سلف نشتی را بر طرف می‌‌کند. در این مبدل فقط به کمک یک مدار کمکی با تعداد المان کم، علاوه بر فراهم کردن شرایط کلیدزنی نرم، نیاز مبدل به جذب انرژی سلف نشتی هنگام خاموش شدن کلیدهای اصلی بر طرف می‌‌شود. کلمات کلیدی: مبدل‌های دو جهته بسیار افزاینده/کاهنده، سلف‌های تزویج شده، کلیدزنی نرم، کلیدزنی تحت ولتاژ صفر، کلیدزنی تحت جریان صفر، جریان پالسی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی