توضیحات
مبدل های DC-DC بدون ترانسفورماتور با بهره ولتاژ بالا
عنوان مقاله اصلی:
Transformerless DC–DC Converters With High Step-Up Voltage Gain
این مقاله در مورد مبدلهای DC-DC بدون ترانسفورماتور است که می‌توانند با نسبت دیوتی کم، ولتاژ خروجی بالایی ایجاد کنند. این مقاله در سال 2009 در مجله IEEE Transactions on Industrial Electronics منتشر شده است1. نویسندگان این مقاله عبارتند از:
شبیه سازی در محیط سیمولینک متلب انجام شده است. با متلب 2015a شبیه سازی شده و با متلب 2023b نیز تست و اجرا شده است)
دارای گزارش ورد 19 صفحه ای است.
مقدمه
مبدل DC-DC برای بسیاری از کاربردها استفاده می شود، مانند مبدل DC-DC با گین ولتاژ برای چراغ های جلو اتومبیل، سیستم های تبدیل انرژی پیل سوختی، سیستم های تبدیل انرژی سلول خورشیدی، و سیستم های پشتیبان باتری برای منابع تغذیه بدون وقفه. از لحاظ تئوری، یک مبدل تقویت کننده dc-dc می تواند به افزایش گین ولتاژ بالا با نسبت تبدیل بسیار بالا دست یابد. با این حال، در عمل، افزایش ولتاژ به دلیل اثر کلیدهای قدرت، دیودهای یکسو کننده و مقاومت سری معادل (ESR) سلف ها و خازن ها محدود می شود. علاوه بر این، نسبت وظیفه بسیار بالا منجر به مشکل جدی بازیابی معکوس می شود. همانطور که در شکل 1 (a) نشان داده شده است، یک مبدل dc-dc با گین ولتاژ بالا بدون ترانسفورماتور در این مقاله. مبدل پیشنهادی I دارای مزایای زیر نسبت به [1] است:
1) دو المان نیمه هادی در مسیر جریان در طول دوره روشن شدن و یک نیمه هادی در مسیر جریان در طول دوره خاموش شدن وجود دارد.
2) تنش های ولتاژ روی کلیدهای کمتر از ولتاژ خروجی است.
3) در شرایط کاری یکسان، از جمله ولتاژ ورودی، ولتاژ خروجی و توان خروجی، تنش جریان روی کلید قدرت در طول دوره روشن شدن برابر با نصف تنش جریان روی کلید فعال مبدل پیشنهادی در [1] است.
همانطور که در شکل 1 (b) و (c) نشان داده شده است، برای بدست آوردن بهره ولتاژ بالاتر، مبدل های dc-dc دیگر نیز در این مقاله ارائه شده اند. این سه مبدل dc-dc پیشنهادی از تکنیک سلف سوئیچی استفاده می‌کنند، که در آن دو سلف با سطح اندوکتانس یکسان در طول دوره روشن شدن به صورت موازی شارژ می‌شوند و در طول دوره خاموش شدن به صورت سری تخلیه می‌شوند تا ولتاژ را افزایش دهند.
توضیحات پروژه مبدلهای DC-DC بدون ترانسفورماتور
ساختار مبدل پیشنهادی اول:
شکل 2(a) پیکربندی مدار مبدل پیشنهادی I را نشان می دهد که از دو کلید فعال (S1 و S2)، دو سلف (L1 و L2) که اندازه القایی یکسانی دارند، یک دیود خروجی Do، و خازن خروجی Co تشکیل شده است. سوئیچ های S1 و S2 به طور همزمان با استفاده از یک سیگنال کنترل می شوند. شکل 2 شکل موج های عملکرد مبدل در طول حالت هدایت پیوسته (CCM) و حالت هدایت ناپیوسته (DCM) را نشان می دهد. اصول عملیاتی و تجزیه و تحلیل وضعیت CCM و DCM به طور مفصل به شرح زیر ارائه شده است.
شکل 1: مبدل های dc-dc پیشنهادی با بهره ولتاژ بالا . (a) مبدل I. (b) مبدل II. (c) مبدل III.
در گزارش نحوه عملکرد CCM و DCM توضیح داده شده است.
ساختار مبدل پیشنهادی دوم:
شکل 1(b) پیکربندی مدار مبدل پیشنهادی II را نشان میدهد، که به مبدل پیشنهادی I یک مدار افزاینده ولتاژ افزوده شده است. دو سلف (L1 و L2) با اندازه اندوکتانس یکسان نیز در این مبدل اتخاذ شده است. سوئیچ های S1 و S2 به طور همزمان توسط یک سیگنال کنترل می شوند. شکل 4 برخی از شکل موج های عملکرد CCM و DCM را نشان می دهد.
در گزارش نحوه عملکرد آنها توضیح داده شده است.
ساختار مبدل پیشنهادی سوم:
شکل 1(c) پیکربندی مدار مبدل پیشنهادی III را نشان می دهد که به مبدل پیشنهادی I دو مدار افزاینده ولتاژ افزوده شده است. بنابراین، دو سلف (L1 و L2) با اندازه اندوکتانس یکسان نیز در این مبدل اتخاذ شده است. سوئیچ های S1 و S2 به طور همزمان توسط یک سیگنال کنترل می شوند. شکل 6 برخی از شکل موج های معمولی CCM و DCM را نشان می دهد.
در گزارش نحوه عملکرد CCM و DCM توضیح داده شده است.
مقایسه مبدل پیشنهادی و مبدل بوست
استرس ولتاژ روی کلید و بهره های ولتاژ مبدل بوست و مبدل های پیشنهادی در جدول 1 خلاصه شده است. استرس ولتاژ روی کلید سه مبدل پیشنهادی کمتر از استرس ولتاژ روی کلید مبدل بوست است بنابراین، کلیدهای با ولتاژ پایینتر و مقاومت در حالت هدایت پایینتر را برای مبدل پیشنهادی به نسبت مبدل بوست می توان انتخاب کرد. علاوه بر این، منحنی های بهره ولتاژ مبدل تقویت کننده و مبدل های پیشنهادی در شکل 8 نشان داده شده است. همانطور که در این شکل نشان داده شده است، مبدل های پیشنهادی می توانند به گین ولتاژ بالا دست پیدا کنند.
شکل 7: مدارهای معادل مبدل پیشنهادی III. (a) کلیدها روشن. (b) کلیدها خاموش. (c) در حالت DCM
توضیحات دقیق و با جزییات را با خرید این محصول دریافت کنید.
شبیه سازی با متلب
فایل های شبیه سازی شامل دو فایل سیمولینک است به نام های case1 و case2 شکل 10 و 11 در زیر نتایج شبیه سازی با متلب هستند.(این شکلها معادل شکلهای 13 و 14 مقاله است.)
برای تأیید تحلیل‌های نظری مبدل I پیشنهادی، یک نمونه 40 وات از این مبدل در سیمولینک شبیه سازی شده است. مشخصات مدار و قطعات به صورت Vin = 12 V، Vo = 60 – 100 V، fs = 100 kHz، Po = 40 W، L1 = L2 = 100 μH، و Co = 68 μF انتخاب شده اند. شکل 9 مدار شبیه سازی شده را نشان می دهد.
شکل 9: مدار شبیه سازی شده(این شکل در اینجا نیامده است و با خرید این محصول قابل دریافت است)
تحت شرایط Vin = 12 V، Vo = 100 V، و Po = 40 W، برخی از نتایج در شکل 10 نشان داده شده است. شکل 10(a) نشان می دهد که iL1 برابر با iL2 است. علاوه بر این، جریان ورودی برابر با دو برابر جریان سلف در طول دوره روشن و برابر با جریان سلف در طول دوره خاموش است.
شکل 10(b) شکل موج های جریان iS1 و iS2 را نشان می دهد. همانطور که در شکل 10(c) مشاهده می شود، استرس ولتاژ در S1 و S2 برابر است با Vo + Vin/2.
شکل 10(d) ولتاژ و جریان دیود خروجی را نشان می دهد.
شکل 11 پاسخ دینامیکی را تحت تغییر توان خروجی بین بار سبک 5 وات و بار کامل 40 وات نشان می دهد. می توان دید که ولتاژ خروجی به خوبی تنظیم شده است.
شکل 12 بهره ولتاژ ایده آل و تجربی را تحت Vin = 12 V، Vo = 60 – 100 V و Po = 40 W نشان می دهد. (شکل 15 مقاله که شبیه سازی نشده است)
شکل 13 بازده تجربی مبدل پیشنهادی I و مبدل در [1] تحت Vin=12 و Vo = 60 – 100 V، و Po = 40 W. را نشان می دهد که مشخص است مبدل پیشنهادی I بازده بالاتری نسبت به مبدل در [1] دارد. (شکل 16 مقاله که شبیه سازی نشده است)
شکل 10: برخی از شکل موج های تجربی مبدل پیشنهادی I
a) iin, iL1, and iL (b) iS1 and iS2. (c) νS1 and νS2. (d) νDo and iDo.
شکل 11: پاسخ دینامیکی مبدل پیشنهادی I (a) Po از 5 تا 40 وات تغییر می کند. (b) Po از 40 به 5 تغییر می کند.
نتیجه گیری
این مقاله به بررسی سه مبدل جدید dc-dc بدون ترانسفورماتور با بهره ولتاژ بالا پرداخت. ساختار مبدل های پیشنهادی بسیار ساده است. از آنجایی که استرس ولتاژ روی کلیدها کم است، کلیدهای با ولتاژ پایینتر و مقاومت در حالت هدایت پایینتر برای این مبدل انتخاب شد. تجزیه و تحلیل حالت پایدار بهره ولتاژ به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است. در نهایت، برای نشان دادن آنالیز نظری، یک مدار نمونه 40 وات مبدل I پیشنهادی در سیمولینک شبیه سازی شد. نتایج شبیه سازی تأیید می کند که بهره ولتاژ بالا می تواند به دست آید.
شاید به موارد زیر نیز علاقه مند باشید:
- مبدل یکپارچه DC – DC مبتنی بر اینورتر فتوولتائیک بدون ترانسفورماتور متصل به شبکه با دامنه ولتاژ ورودی افزایشی
- تنظیم خوکار, کنترل کننده PID گسسته برای مبدل dc-dc برای پاسخ سریع گذرا
- پاکت بندی بهینه هسته ترانسفورماتور با استفاده از الگوریتم هوشمند گرگ خاکستری GWO
- ترانسفورماتور با اتصال T و DSTATCOM مبتنی بر VSC سه پایه برای بهبود کیفیت توان
- استراتژی کنترل جدید برای تبدیل دو جهته DC-DC در خودرو برقی
کلیدواژه:
DC–DC boost converter, high step-up voltage gain, power stage
مبدل تقویت کننده DC-DC
مبدل های DC-DC بدون ترانسفورماتور با افزایش ولتاژ بالا با متلب
طبق توضیحات فوق توسط کارشناسان سایت متلبی تهیه شده است و به تعداد محدودی قابل فروش می باشد.
سفارش انجام پروژه مشابه
درصورتیکه این محصول دقیقا مطابق خواسته شما نمی باشد،.
با کلیک بر روی کلید زیر پروژه دلخواه خود را سفارش دهید.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.