دانلود ترجمه مقاله مبدل بوست بدون ترانسفورماتور با تنش ولتاژ کمتر

1. مقدمه 2. مبدل بوست بدون ترانسفورماتور پیشنهادی (TBC) 3. بررسی موارد غیرایده آل در TBC 4. مقایسه مبدل ها 5. طراحی TBC پیشنهادی 6. طراحی TBC پیشنهادی 7. نتیجه گیری

مقدمه: در دنیای امروز، مسائل تغییر آب و هوا و گرمایش جهانی بخاطر افزایش قابل توجه آلودگی های گاز گلخانه ای، به یک مسئله بحرانی تبدیل شده است. منابع تولید انرژی تجدیدپذیر مانند فتوولتائیک (PV)، توربین های باد و پیل سوخت، به عنوان راهکارهای مطلوب، پدیدار شده اند. ولتاژ خروجی این منابع انرژی تجدیدپذیر، پایین است؛ بنابراین، مبدل های بهره ولتاژ بالا، برای دستیابی به سطح ولتاژ بالای مناسب برای کاربردهای مختلف، مانند لامپ های تخلیه شدت بالا برای خودروها، ریزشبکه، وسایل نقلیه هیبرید، منابع تغذیه و سیستم قدرت مخابراتی، لازم می باشند [1-2]. از لحاظ نظری، یک مبدل بوست متداول می تواند به بهره ولتاژ بی نهایت دست یابد، اگر مقدار سیکل وظیفه برابر با 1 باشد. اما، سیکل وظیفه زیاد باعث تلفات رسانایی زیاد در کلید اکتیو و تلفات بازیابی معکوس دیود می شود [3، 4]. همچنین، تنش ولتاژ کلید، زیاد می شود، یعنی برابر با ولتاژ خروجی می شود. مبدل های ایزوله، مانند مبدل های نوع پیشرو (forward)، بازگشتی (flyback)، نیم پل، تمام پل و پوش-پول، می توانند با افزایش نسبت دور ترانسفورماتورها، بهره ولتاژ بالایی فراهم کنند [5-6]. اما، تعدادی مسئله چالش برانگیز مانند اندوکتانس نشتی و ظرفیت خازنی پارازیتی هست که بخاطر سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور، جهش های ولتاژ و جریان زیاد و تنش ولتاژ زیاد ادوات کلیدزنی بوجود آمده اند که اینها تلفات کلیدزنی بخاطر تلفات توان زیاد و نویز را افزایش می دهد و این امر عملکرد سیستم را بیشتر تنزل می دهد [7، 8]. سلف های تزویج شده در مبدل های DC-DC نیز برای دستیابی به بهره ولتاژ بالا، با تنظیم صحیح نسبت دور سلف تزویج شده، قابل حصول است [9، 10] و کنترل آن نسبتاً ساده تر است. اما، استفاده از سلف های تزویج شده، باعث جهش ولتاژ در دو سر کلیدهای قدرت می شود. علاوه بر آن، تلفات اندوکتانس نشتی، بازده مبدل را کاهش می دهند. بنابراین، مدارات اسنابر اضافه لازم هستند و در نتیجه مدار پیچیده تری بوجود می آورند [10-13]. مبدل های بوست آبشاری و درجه دوم را نیز می توان برای دستیابی به بهره ولتاژ بالا استفاده کرد، که در آن دو یا چند مبدل بوست به صورت آبشاری کنار هم قرار گرفته اند [14-17]. اما، آبشاری قرار دادن مبدل های بوست، تعداد مراحل را افزایش می دهد و فضای بزرگی برروی برد لازم است تا تعداد زیادی کلید و مدار درایور گیت را در خود جای دهد و بنابراین، چگالی توان را کاهش می دهد. علاوه بر آن، بهره ولتاژ برحسب سیکل وظیفه بسیار غیرخطی است و مقادیر اسمی ولتآژ و جریان لازم اجزاء و ادوات با افزایش تعداد مراحل، افزایش می یابد. همچنین، بهره ولتاژ با استفاده از فنآوری سلف/خازن کلیدزنی شده، قابل بهبود است. توپولوژی های خازن کلیدزنی شده و سلف کلیدزنی شده مختلفی در [17-19] به بحث گذاشته شده اند که در آن یک بهره ولتاژ بالای پیش ساخته، با تنظیم اتصالات سری و موازی سلف کلیدزنی شده، حاصل می شود. در مورد «مبدل بوست سلف کلیدزنی شده» (SIBC) کلاسیک، بهره ولتاژ محدود است و تنش ولتاژ کلید زیاد است، یعنی برابر با ولتاژ خروجی است [19]. در [20 -25]، مدارات قدرت، مبتنی بر سلف های کلیدزنی شده اکتیو با استفاده از چندین کلید، پیشنهاد شدند. با این حال، این مدارات تنها برای بارهای شناور مناسب هستند و شبکه های افزایش ولتاژ اضافه و کنترل پیچیده، لازم می شوند. همچنین، با استفاده از تعدادی توپولوژی مبدل دیگر مانند استفاده از چندین سلول سلف/خازن کلیدزنی شده، مبدل بوست مبتنی بر سلول های تضریب ولتاژ و مبدل بوست چندسطحی جا دهی شده، بهره ولتاژ بالا قابل حصول است [26-28]. بهره ولتاژ با استفاده از چندین مرحله قابل افزایش است، اما تعداد اجزاء مدار افزایش می یابد که این باعث بوجود آمدن مدارات قدرت و کنترل پیچیده می شود. علاوه بر آن، هزینه مدار بالا می باشد و بازده با افزایش تعداد مراحل برای دستیابی به ولتآژ بالاتر، کاهش می یابد.

INTRODUCTION: In today’s world, the problems of climate change and global warming due to the largely increasing greenhouse gas emissions, have become a critical issue. Renewable energy generation sources like photovoltaic (PV), wind turbines, and fuel cells have emerged as favourable solutions. The output voltages of these renewable energy sources are low; therefore, high voltage gain converters are needed to attain suitable high voltage level for different applications such as high-intensity discharge lamps for automobiles, microgrid, hybrid vehicles, power supplies, and telecom power system [1]-[2]. Theoretically, a conventional boost converter may achieve an infinite voltage gain when the duty cycle value is equal to 1. However, the high duty cycle results in high conduction loss in the active switch and diode reverse recovery loss [3]-[4]. Also, the switch voltage stress is high i.e. equal to the output voltage. Isolated converters such as forward, flyback, half-bridge, full-bridge, and push-pull types, can provide a high voltage gain by increasing the transformers turns ratio [5]-[6]. However, there are some challenging problems such as leakage inductance and the parasitic capacitance developed by the secondary winding of the transformer, high voltage and current spikes, and high voltage stress of the switching devices, which increase switching losses due to high power dissipation and noise that will further degrade the system performance [7]-[8]. Coupled inductors in DC-DC converters can also be used to achieve a high voltage gain by properly adjusting the turns ratio of the coupled inductor [9]-[10], and its control is comparatively easier. However, the use of coupled inductors causes voltage spikes across the power switches. Moreover, the leakage inductance losses decrease the converter efficiency. Therefore, extra snubber circuits are required, resulting in a more complex circuitry [10]-[13]. Cascaded and quadratic boost converters can also be used to achieve high voltage gain, where two or more boost converters are cascaded [14]-[17]. However, the cascading of boost converters increases the number of stages and a large space is needed on the board to accommodate a large number of switches and gate driver circuits, and hence decreasing power density. Moreover, the voltage gain is highly non-linear with the duty cycle and the required voltage and current rating of the components and devices increases as the number of stages increases. The voltage gain can also be improved with the use of the switched inductor/capacitor technology. Different switched-inductor and switched capacitor topologies have been discussed in [17]-[19], where a built-in high voltage gain is attained by adjusting the series and parallel connections of the switched inductor. In the case of the classical Switched Inductor Boost Converter (SIBC), the voltage gain is limited and the voltage stress of the switch is high i.e. equal to output voltage [19]. In [20]-[25], power circuitries based on active switched inductors are proposed by using multiple switches. Nevertheless, these circuitries are only suitable for floating loads and required additional voltage lift networks and complex control. A high voltage gain can also be achieved with the use of some other converter topologies such as using multiple switched inductor/capacitor cells, voltage multiplier-cells based boost converter, and interleaved multilevel boost converter [26]-[28]. The voltage gain can be increased by using multiple stages but the number of circuit components increases, which results in complex power and control circuits. Moreover, the cost of the circuit is high and efficiency decreases as the number of stages increase to achieve higher voltage.