طراحي و پياده‌سازي يك مبدل جريان مستقيم به جريان مستقيم غير ايزولۀ جديد با بهره ولتاژ بالا و تنش ولتاژ پايين

Design and implementation of a novel non-isolated DC-DC converter with high voltage gain and low voltage stress

در اين مقاله، يك مبدل جريان مستقيم به جريان مستقيم (DC-DC) افزاينده غير ايزوله با ساختار درهم تنيده ارائه شده است كه براي كاربردهاي منابع تجديدپذير انرژي خصوصا سيستم تبديل انرژي خورشديدي مناسب است. در توپولوژي پيشنهادي، از سلف هاي تزويج و سلول­ هاي خازن سوئيچ شونده براي افزايش ولتاژ خروجي استفاده شده است. دستيابي به اين هدف در شرايطي است كه هيچ چرخه كاري شديد يا نسبت تبديل­ هاي بالا مورد نياز نخواهد بود. به دليل استفاده از ساختار درهم تنيده و تقسيم جريان برابر در دو فاز، ريپل جريان كاهش مي يابد. همچنين از آنجايي كه تنش ولتاژ كليدها كمتر از ولتاژ خروجي است، با انتخاب سوئيچ ­هاي ولتاژ نامي پايين و Rds(On) كوچك، تلفات هدايتي كاهش مي­ يابد. از ديگر مزاياي مبدل پيشنهادي مي‌توان به فراهم كردن شرايط سوئيچينگ نرم براي سوئيچ ­هاي قدرت و همچنين كاهش مشكل بازيابي معكوس ديودها اشاره كرد. بازيافت انرژي نشتي به دليل وجود سلف­ه اي تزويج و عدم نياز به مدارهاي حفاظتي مانند اسنابرها يا كلمپ­ها يكي ديگر از ويژگي­ هاي مهم مبدل پيشنهادي است. در انتها، نتايج تجربي با استفاده از نمونه اوليه آزمايشگاهي 350 وات با ورودي 18 ولت و خروجي 400 ولت، عملكرد مؤثر مبدل پيشنهادي را تأييد مي‌كند.

In this paper, a non-isolated high step-up DC-DC converter with an interleaved structure is presented that is suitable for photovoltaic energy conversion systems. In the proposed topology, coupled inductors and the switched capacitor cells have been used to increase the output voltage. Achieving this purpose is in a situation where no extreme duty cycle or high turns ratio will be required. Due to the use of the interleaved structure and equal current division in two phases, the current ripple is reduced. Also, since the voltage stress of the switches is lower than the output voltage, selecting the low-voltage rated switches and small Rds (On) reduces the conduction loss. Other advantages of the proposed converter include providing the soft-switching conditions for the power switches and alleviating the reverse recovery problem. Recycling of the leakage energy due to the presence of the coupled inductors and no need for the clamp circuits is an important feature of the proposed converter. The experimental results, using prototype 350 W, 18 V input, and 400 V output, verify the effective performance of the proposed converter.