بررسی و مقایسه‌‌ بهره‌وری روش‌های کلیدزنی نرم در مبدل‌ DC-DC سه‌سطحی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی برق دانشگاه علوم دریایی امام خمینی(ره)

2 دانشیار دانشکده برق دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

برای تبدیل سطوح مختلف ولتاژ DC در شناورها از مبدل‌های DC-DC استفاده می‌شود. به‌دلیل ایده‌آل نبودن عناصر نیمه‌هادی قدرت و هم‌چنین عدم پیکربندی مناسب ساختار مداری، این مبدل‌ها و هم‌چنین سایر مبدل‌های قدرت از تلفات هدایت و کلیدزنی برخوردار می‌شوند. مهم‌ترین تلفاتی که مبدل‌های قدرت از آن رنج می‌برند تلفات کلیدزنی است که برای حل آن روش‌های کلیدزنی نرم پیشنهاد شده است. در واقع این روش‌ها از هم‌پوشانی ولتاژ و جریان در مقادیر زیاد به‌هنگام قطع و وصل کلید جلوگیری می‌کنند. از طرفی انتخاب و به‌کارگیری ساختار سه‌سطحی باعث می‌شود تا افت ولتاژ کلیدهای قدرت برابر با نصف ولتاژ ورودی باشد. این امر نیز تأثیر به‌سزایی در کاهش تلفات، افزایش بهره‌وری و هم‌چنین افزایش طول عمر مبدل‌های قدرت دارد. به همین دلیل مبدل  DC-DCسه‌سطحی با کلیدزنی نرم به دلیل ویژگی‌هایی که دارد در صنعت کشتی‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این رو در این مقاله پس از تعاریف و مفاهیم کلیدزنی نرم، دو نوع مهم از روش‌های کلیدزنی نرم از لحاظ بهره‌وری در چهار نمونه مبدل DC-DC سه‌سطحی مورد بررسی و مقایسه قرار می‌گیرد. هم‌چنین در ادامه نیز یک نمونه از مبدل‌های DC-DC سه‌سطحی توسط نرم‌افزار متلب شبیه‌سازی و نتایج حاصل از کلیدزنی آن در انتها ارائه خواهد شد. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation and compare the efficiency of soft switching DC-DC converter three-level

نویسندگان [English]

  • R Mosaferi 1
  • A Abrishamifar 2
چکیده [English]

To convert the DC voltage and current levels of DC-DC power converters is used. This is not ideal because pieces of power converters are the disadvantages that this may result in loss of productivity in them. Among the weaknesses that are discussed in this converters dissipate them. The toll that this type of converters and other power converters switching losses suffered soft switching techniques have been proposed to solve it. In fact, these methods overlap when switching voltage and current at high levels prevents the key. Moreover, the use of three-level structure causing it to drop to about half the input voltage is voltage power switches. This is also a great impact in reducing switching losses and extend the life of power converters. In this article the basic definitions and concepts of power converters, two major types of soft switching techniques are examined and compared in terms of productivity. Also went on a three-level DC-DC converters are the best examples of a MATLAB simulation software and the results of its soft switching is provided at the end.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Three-level DC-DC converters
  • soft switching
  • ZVS
  • ZVZCS
[1] L. M. Wu, and P.S. Chen, “Interleaved Three-Level LLC Resonant Converter with Fixed-Frequency PWM Control”, IEEE International Conference Telecommunications Energy, pp. 1-8, 2014.

 [2] P. Das, M. Pahlevaninezhad and A. K. Singh, “A Novel Load Adaptive ZVS Auxiliary Circuit for PWM Three-Level DC-DC Converters,” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 30, No. 4, pp. 2108-2126, 2015.

[3] A. Mousavi and G. Moschopoulos, “A New ZCS-PWM Full-Bridge DC-DC Converter with Simple Auxiliary Circuits”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 29, No. 3, pp. 1321-1330, 2014.

[4] W. Xin, X. Yibo and F. Huajing, “Study on an Improved DC-DC Converter Based on ZVZCS PWM Three Level,” Int. Conf. on E-Business and Info. Syst. Sec. (EBISS), 2010.

 [5] F. Liu, J. Yan and X. Ruan, “Zero-Voltage and Zero-Current-Switching PWM Combined Three-Level DC-DC Converter,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 57, No. 5, pp. 1644-1654. 2010.

[6] J. A. Carr, B. Rowden and J. C. Balda, “A Three-Level Full-Bridge Zero-Voltage Zero-Current Switching Converter with a Simplified Switching Scheme”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 24, No. 2, pp. 329-338, 2009.

[7] M. Narimani, G. Moschopoulos and D. Wijeratne, “A Comparative Study of Three-Level DC-DC Converters”, IEEE International Conference on Power Electronics, pp. 3971-3976, 2013.

[8] Y. Shi and X. Yang, “Wide Range Soft Switching PWM Three-Level Combined DC-DC Converter without Added Primary Clamping Devices,” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 29, No. 10, pp. 5157-5171, 2014.

[9] Y. Shi, and X. Yang, “Wide Load Range ZVS Three-Level DC-DC Converter: Four Primary Switches, Capacitor Clamped, Two Secondary Switches and Smaller Output Filter Volume”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 31, No. 5, pp. 3431-3443, 2016.

[10] P. DasM. PahlevaninezhadG. Moschopoulos and P. Jain, “A Novel Three-Level DC-DC Converter with Load Adaptive ZVS Auxiliary Circuit”, IEEE International Conference on Power Electronics, pp. 38-43, 2013.

[11] B. R. Lin and C. H. Liu, “ZVS DC-DC Converter Based on Two Three-Level PWM Circuits Sharing the Same Power Switches”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 60, No. 10, pp. 4191-4200, 2013.

[12] K. Jin, X. Ruan, and F. Liu, “An Improved ZVS PWM Three-Level Converter”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 54, No. 1, pp. 319-329, 2007.

[13] ادیب ابریشمی‌فر، منابع تغذیه سوئیچینگ، 9-166-454-964-978، تهران: دانشگاه علم و صنعت ایران، مرکز انتشارات، 1386.

[14] E. Chu, X. Hou, H. Zhang, M. Wu and X. Liu, “Novel Zero-Voltage and Zero-Current Switching (ZVZCS) PWM Three-Level DC-DC Converter Using Output Coupled Inductor”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 29, No. 3, pp. 1082-1093 2014.

 

[15] B. Song, R. Mcdowell and A. Bushnell, “A Three-Level DC-DC Converter with Wide-Input Voltage Operations for Ship-Electric-Power-Distribution Systems”, IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 32, No. 5, pp. 1856-1863, 2004.

[16] F. Canales, P. Barbosa and F. C. Lee, “A Zero-Voltage and Zero-Current Switching Three-Level DC-DC Converter”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 17, No. 6, pp. 898-904, 2002.

[17] F. V. C. Abarca, “Novel DC-DC Converters for High-Power Distributed Power Systems”, Ph.D. Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, United States, 2003.

 [18] S. J. Jeon, F. Canales, P. M. Barbosa and F. C. Lee, “A Primary-Side-Assisted Zero-Voltage and Zero-Current Switching Three-Level DC-DC Converter with Phase-Shift Control”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 2, No. 3, pp. 641-647, 2002.

[19] A. Jangwanitlert, “An Improved Three-Level Zero-Voltage and Zero-Current Switching PWM DC-DC Converter for Battery Charger”, International Conference on Information and Communication Technology, Electronic and Electrical Engineering (JICTEE), pp. 531-537, 2014.