Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Farzanehfard,Ehsan Adib
حسین فرزانه فرد (استاد راهنما) احسان ادیب (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohammadreza Mohammadi
محمدرضا محمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Soft-Switching Non-Isolated Bidirectional PWM Converters Operating in a Wide Range of Duty Cycle and Load Variations
The bidirectional dc-dc converters are capable of reversing the direction of current flow and thereby the power flow between two dc sources while maintaining the voltage polarity of both dc sources. In order to significantly reduce reactive component size and cost, high-frequency operation of bidirectional converters is desirable. However, in a hard-switching converter, as the switching frequency increases, switching losses and electromagnetic interference increase. To solve these problems, soft-switching converters are employed. Among the soft switching techniques, the zero voltage transition technique (ZVT) is widely applied to the bidirectional converters due to its prevalent features. However, in ZVT bidirectional converters, the major problems such as missing the soft switching condition at duty cycles ( D ) below 0.5, high voltage stress of the auxiliary switches and using two auxiliary switches exist. In this dissertation, to extend the soft-switching range to D 0.5 in a conventional type of ZVT bidirectional converters, the ideas of using the diode reverse recovery and applying two auxiliary voltage sources are proposed. Besides, to reduce the auxiliary voltage stress in ZVT bidirectional converters, the coupled inductors are applied in the auxiliary circuit. Moreover, a soft switching bidirectional converter without auxiliary switches is introduced. In all the proposed converters, the circuit operation and design considerations are presented, and to confirm the feasibility of the proposed converters, the experimental results for a wide range of duty cycle or load variations are shown. Key Words Bidirectional dc-dc converter (BDC), soft switching techniques, zero voltage switching (ZVS), zero voltage transition (ZVT)
مبدل دوجهته DC-DC، مبدلی است که در آن امکان انتقال توان بین دو منبع DC در هر دو جهت وجود دارد. مبدل‌های دوجهته به‌طور گسترده در کاربردهایی مانند خودروهای برقی/ترکیبی، سیستم‌های توان خورشیدی، سیستم‌های پیل سوختی، منابع تغذیه بدون وقفه، مدار واسط باتری/ابرخازن، برابر کننده‌های ولتاژ سلول‌های باتری و سیستم‌های برق خودرو با ولتاژ دوگانه مورداستفاده قرار می‌گیرند. در کاربردهایی که بهره ولتاژ زیاد و ایزولاسیون نیاز نباشد، مبدل‌های دوجهته غیر ایزوله به دلیل سادگی ساختار و بازده زیاد، بیشتر از مبدل‌های دوجهته ایزوله موردتوجه می‌باشند. در مبدل‌های کلید زنی، افزایش فرکانس کلید زنی به‌منظور کاهش حجم المان‌ها مطلوب است؛ اما با افزایش فرکانس کلیدزنی، تلفات کلید زنی و اغتشاشات الکترومغناطیسی افزایش می‌یابد. در مبدل‌های دوجهته غیر ایزوله، عامل اصلی تلفات کلید زنی، تلفات بازیابی معکوس دیود مبدل می‌باشد. چراکه در این مبدل‌ها، از دیود کند بدنه کلید قدرت به‌عنوان دیود مبدل استفاده می‌شود. برای رفع این مشکل و کاهش تلفات کلید زنی، ا‌‌ستفاده از روش‌های کلید زنی نرم در مبدل‌های دوجهته ضروری است. از میان مبدل‌های دوجهته کلید زنی نرم، مبدل‌های دوجهته ZVT به دلیل ویژگی‌های ممتازی که دارا می‌باشند، بیشتر از دیگر مبدل‌های دوجهته کلیدزنی نرم موردتوجه می‌باشند. بااین‌حال در این مبدل‌ها، مشکلات عمده‌ای ازجمله عدم فراهم شدن کلید زنی نرم در ضرایب وظیفه کمتر از 5/0، زیاد بودن تنش ولتاژ کلیدهای کمکی و استفاده از دو کلید کمکی وجود ‌دارد. در این رساله، ساختار، عملکرد و برخی از کاربردهای مبدل‌های دوجهته ارائه می‌شوند و انواع مختلف مبدل‌های دوجهته کلیدزنی نرم مورد ارزیابی دقیق قرار می‌گیرند. سپس تأثیر بازیابی معکوس دیود در فراهم آوردن کلید زنی نرم مبدل های دوجهته ZVT موردبررسی قرار می‌گیرد. تحلیل تئوری نشان می‌دهد، با طراحی مناسب مبدل، کلیدزنی کلیدهای اصلی در ولتاژ صفر و با استفاده از بازیابی معکوس دیودهای مبدل فراهم می‌شود. در ادامه و به‌منظور حل مشکلات روش پیشنهادی قبلی در فراهم آوردن کلید زنی نرم برای ضرایب وظیفه کمتر از 5/0، از دو منبع ولتاژ اضافی در مدار کمکی مبدل دوجهته ZVT استفاده‌شده است. در این روش، عملکرد مدار کمکی مستقل از توان خروجی مبدل است؛ بنابراین کلید زنی نرم برای محدوده وسیع تغییرات ضریب وظیفه و بار فراهم می‌باشد. در ادامه رساله و به‌منظور بهبود ویژگی‌های مبدل‌های دوجهته ZVT، از سلف‌های تزویج شده در ساختار این مبدل‌ها استفاده‌شده است. با استفاده از سلف‌های تزویج شده می‌توان به امتیازهای ممتازی از قبیل کاهش مؤثر حجم مبدل، کاهش تنش ولتاژ کلیدهای کمکی و عدم نیاز به مدار راه‌انداز شناور برای کلیدهای کمکی دست‌یافت. در بخش پایانی این رساله نیز یک مبدل دوجهته باک/بوست کلید زنی نرم بدون استفاده از کلید کمکی ارائه‌شده است. در این مبدل، برخلاف مبدل‌های دوجهته ZVT که در آن‌ها از دو کلید کمکی استفاده‌شده است، نیازی به استفاده از کلید کمکی نیست. همچنین، برخلاف مبدل‌های دوجهته کلیدزنی نرم بدون کلید کمکی که پیش‌ازاین ارائه‌شده‌اند، جریان گردشی مبدل کم است و تنش جریان اضافی به المان‌های نیمه‌هادی تحمیل نمی‌شود. در این رساله، ساختار، عملکرد، روابط حاکم و روش طراحی مبدل‌های دوجهته باک/بوست کلید زنی نرم پیشنهادی ارائه می‌شود. همچنین، به‌منظور تائید صحت تحلیل تئوری، نتایج عملی مبدل‌های پیشنهادی ارائه‌شده است. در پایان، نتیجه‌گیری و پیشنهادهایی برای ادامه کار بیان می‌شود. کلمات کلیدی: 1- مبدل دوجهته غیر ایزوله 2- کلیدزنی نرم 3- کلید زنی در ولتاژ صفر 4- کلید زنی در جریان صفر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی