20612

۲۰۶۱۲

طراحي وشبيه سازي يك مبدل ديسي- ديسي بهره زياد با قابليت انتقال توان در دوجهت براي كاربرد انرژي هاي نو

كارشناسي ارشد

الكترونيك مدارهاي مجتمع

95

۱۳۹۷/۱۲/۲۱

دكتر اديب ابريشمي فر

دكتر عبداالرضا رحمتي

برق

افزايش روزافزون مصرف انرژي در جهان، آلودگي‌هاي زيست‌محيطي ناشي از مصرف سوخت‌هاي فسيلي و به‌ويژه دغدغه‌هاي مرتبط با گرم‌شدن زمين، اهميت توليد انرژي‌هاي نو و سرمايه‌گذاري‌هاي مربوط به توسعه و تحقيق بر روي خودروهاي الكتريكي را نمايان مي‌سازد. رشد روزافزون كاربردهاي ذكرشده در چند دهه اخير، اهميت مبدلهاي دوجهته را دوچندان كرده است. مبدل‌هاي دوجهته‌ي DC-DC غيرايزوله‌ي پايه، در كاربردهايي الكترونيكقدرتي كه با ذخيرهسازي و مديريت انرژي سروكار دارند، مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه ازجمله‌ي آن‌ها مي‌توان به خودروهاي الكتريكي هيبريدي، سيستم‌هاي فتوولتائيك، سيستم‌هاي پيل‌سوختي و منابع‌تغذيه بدون‌وقفه، اشاره نمود. به‌طوركلي، مبدل‌هاي دوجهته‌ي‌ DC-DCبه دو دسته‌ي اصلي مبدل‌هاي ايزوله و غيرايزوله تقسيم‌بندي مي‌گردند. مبدل‌هاي دوجهته‌ي غيرايزوله به‌دليل داشتن ساختاري ساده و كنترل آسان نسبت به مبدل دوجهته ايزوله موردتوجه قرار گرفته‌اند اما دركاربردهايي كه بين دو بخش ولتاژ زياد و كم، اختلاف زياد است به‌دليل بروز مشكلات متعدد، مناسب نمي‌باشند. از اين‌رو، به‌منظور افزايش بهره‌ي‌‌ولتاژ مبدل‌هاي دوجهته‌ي DC-DC، انواع بسيار بهره‌زياد/بهره‌كم معرفي شده‌اند. در اين مبدل‌ها، براي افزايش بهره‌ي ولتاژ، از تلفيق تكنيك‌هايي نظير سلف‌هاي تزويج، واحدهاي كليدزني‌خازني و آرايش لابه‌لايي استفاده مي‌شود. از آنجايي‌كه معمولاً اين مبدل‌ها به‌عنوان مدار واسط بين باس DC ولتاژ زياد و عنصر‌ ذخيره‌ساز انرژي، مانند باتري مورد استفاده قرار مي‌گيرند، كم‌بودن ضربان‌ جريان شارژ/دشارژ باتري‌ها، يكي از عوامل اصلي تأثيرگذار بر افزايش طول‌عمر و سلامت آن‌ها مي‌باشد. هم‌چنين، جهت كاهش تلفات‌كليدزني و افزايش چگالي‌توان، از تكنيك‌هاي مختلف كليدزني‌نرم استفاده مي‌شود. ليكن بايد توجه داشت كه در اين مبدل‌ها ايجاد شرايط كليدزني‌نرم با حداقل عنصر ممكن، كه در هر دو حالت عملكردي بهره‌زياد/ بهره‌كم كارآيي مطلوب را دارا باشد، يكي از چالش‌هاي طراحي آنها به‌شمار مي‌رود. در اين پژوهش ضمن بررسي مبدل‌هاي ارائه شده‌ي پيشين، طراحي و شبيه‌سازي يك مبدلDC-DC غيرايزوله‌ي بهره‌زياد دوجهته با ساختاري جديد با توان‌كاري و ولتاژ در كاربرد انرژهاي نو ارائه خواهد شد. در اين راستا، به‌منظور بهبود ضربان‌ جريان شارژ و دشارژ باتري‌ها در اين مبدل، آرايش لابه‌لايي پيشنهاد شده است و جهت افزايش بهره‌ي ولتاژ، كاهش تنش‌ولتاژ عنصر‌هاي نيمه‌هادي و ايجاد شرايط كليدزني‌نرم، تكنيك سلف‌تزويج استفاده شده است. صحت عملكرد ساختار پيشنهادي در قالب تحليل‌هاي نظري، نتايج شبيه‌سازي اثبات خواهدگرديد. در انتها نيز با استمداد از مطالب و نتايج ارائه شده، ضمن بيان نتيجه‌گيري كلي، به ارائه‌ي پيشنهادهايي كه مي‌تواند در پژوهش‌هاي آتي مدنظر قرار گيرند، پرداخته شده ‌است. واژه¬هاي كليدي : مبدلDC-DC بهره‌زياد دوجهته، كليدزني نرم، آرايش لابه‌لايي، سلف‌تزويج.

1398/03/20

Design and Simulation of a Non-isolated High Step up/down Bidirectional DC-DC Converter for Energy Storage Systems

3/11/2020 12:00:00 AM

The shortage of conventional fossil fuels and the environmental problems has been calling for the search and utilization of renewable energy sources and electric vehicles. Among them, Bidirectional DC-DC converters (BDC) converters have taken more attention for their usage in Plug-In Hybrid Electric Vehicles (PHEV), Photovoltaic (PV) system, Fuel Cell, Uninterruptible Power Supplies (UPS) in recent years. The BDCs can be classified into isolated and non-isolated types. The non-isolated BDCs have attracted special interest due to esay control and simple structure ,but in cases where there are large differences between the two high and low voltages, they are not suitable due to multiple problems. Therefore, in order to increase gain voltage the high step-up/step-down converters have been introduced. To increase the voltage gain have been proposed the coupled-inductor, interleaved, switching capacitor topology, and hybrid methods. Since these converters are commonly used as the interconnect between the high-voltage DC bus and the energy storage element, such as the battery, the lack of charge / charge discharge current is one of the main factors affecting their lifespan and their health. Also, by various soft-switching techniques can be applied to reduce the switching loss and increase the power density. It should be noted that in these exchangers, the creation of soft-switching conditions with the least possible element, which has both optimized efficiency / efficiency performance, is one of the design challenges. Design and simulation of a new non-isolated high step-up bidirectional converter is proposed for Energy Storage Systems in this research. The Analysis of a 500W, 24V/400V is realized. The detailed analysis is discussed in this research. The interleaved structure is applied to achieve the current sharing characteristic. In addition to reducing the current stress of the component, the current ripple of the circuit can also be decreased. In order to decrease the semiconductors voltage stress and to improve the high voltage gain, this converter uniting the coupled inductor. Moreover, the active clamp circuits are employed to suppress the primary main switch turn-off voltage spikes and to recycle the leakage energy. All the switches can achieve ZVS soft switching performance. Through simulation, the validity and property of the proposed converter can be verified. Finally, by referring to the contents and results presented, while presenting the overall conclusion, the suggestions that can be considered in future research are discusse. Keywords: Bi-directional dc-dc converter ,high step-up/step-down converters ,soft switching techniques ,interleaved ,coupled inductor.