continuous input-current
در نشریات گروه برق-
این مقاله یک مبدل کاهنده-افزاینده DC-DC غیرمعکوس جدید با محدوده گسترده ای از نسبت تبدیل را ارائه می دهد. مبدل کاهنده-افزاینده پیشنهادی بر مبنای مبدل ZETA است و مزایای مبدل ZETA نظیر جریان ورودی پیوسته و قطبیت مثبت ولتاژ خروجی را دارد و آن را برای کاربردهای صنعتی و انرژی های تجدیدپذیر مناسب می سازد. بهره ولتاژ مبدل پیشنهادی بالاتر از مبدل ZETA است و پیوستگی جریان ورودی نیز باعث کاهش تنش جریان ورودی می شود. این مبدل در مد هدایتی پیوسته (CCM) در دو حالت کاری عمل می کند. کلیدزنی سوئیچ ها به صورت همزمان اتفاق می افتد که منجر به کنترل ساده آن می شود. ریپل ولتاژ خروجی و تنش جریان خازن خروجی مبدل با توجه به جریان خروجی پیوسته کاهش می یابد. تحلیل محاسباتی، مدل سازی سیگنال کوچک و بازده مبدل پیشنهادی با لحاظ تاثیر المان های پارازیتی در این مقاله ارائه شده است. همچنین تحلیل مقایسه ای با دیگر توپولوژی های مشابه انجام شده است. در نهایت، یک نمونه اولیه برای تایید صحت تحلیل محاسباتی پیاده سازی شده و نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی ارائه شده است.کلید واژگان: مبدل کاهنده-افزاینده، مبدل ZETA، جریان ورودی پیوسته، ساختار غیرمعکوسIn this paper, a novel DC-DC buck-boost converter with a wide conversion ratio is introduced. With the advantages of the ZETA converter, such as continuous input current and positive polarity of the output voltage, the proposed buck-boost converter is well suited to industrial and renewable energy applications. With a voltage gain higher than the ZETA converter, the proposed converter also reduces input current stress due to its continuity. Two operating states are available for this converter in continuous conduction mode (CCM). This converter has two switches that operate simultaneously, and it can be controlled easily. As a result of the converter's continuous output current, output voltage ripple and output capacitor current stress are reduced. Computational analysis, small signal modeling and efficiency of the proposed converter considering the influence of parasitic elements are presented in this paper. This converter has also been compared with other similar and recently presented topologies. Finally, a prototype is implemented to verify the accuracy of the computational analysis, and simulation and experimental results are presented.Keywords: Buck-Boost Converter, ZETA Converter, Continuous Input Current, Non-Inverting Structure
-
The objective of this paper is to propose, study and analyze a non-isolated high step-up SEPIC-based DC-DC converter for photovoltaic applications. The proposed structure is based on the SEPIC converter and utilizes a two-winding coupled inductor along with an improved voltage multiplier cell in order to enhance the output voltage level. Moreover, a passive voltage clamp is used to reduce the voltage stress on the main switch and recover the energy stored in the leakage inductance of the coupled inductor. Hence, an active switch with low RDS-ON could be employed. Meanwhile, due to soft switching condition at turn-off instant of diodes, their reverse-recovery problems are solved. Furthermore, the presented converter has the merits such as continuous input current, high efficiency and low cost and size which make it a promising solution for photovoltaic applications. At the end, the converter is compared to different types of DC-DC converters to show its advantages over the converters designed before. In order to verify the performance of the converter, a 200-W laboratory prototype is implemented and experimental results are taken and depicted. Results prove the feasibility and functionality of the presented converter for photovoltaic systems.
Keywords: Continuous Input Current, High Step-Up, Non-Isolated Converter, Photovoltaic Application, SEPIC-Based DC-DC Converter -
نشریه فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز، سال چهارم شماره 4 (پیاپی 16، زمستان 1404)، صص 46 -65
این مقاله یک مبدل درجه دوم دوسوئیچه جریان مستقیم جدید با نرخ بهره ولتاژ بسیار بالا، تنش جریان کم و ریپل جریان ورودی کم برای کاربردهای انرژی های تجدیدپذیر معرفی می کند. این توپولوژی پیشنهادی از یک سلف تزویج شده و سلول های ضرب کننده ولتاژ برای دستیابی به نسبت تبدیل ولتاژ فوق العاده بالا استفاده می کند. مزایای اصلی ساختار پیشنهادی شامل نسبت تبدیل ولتاژ فوق العاده بالا آن، تنش های ولتاژ و جریان کم، زمین مشترک بین طرفهای ورودی و خروجی و همچنین جریان ورودی پیوسته با ریپل کم است. همچنین، در مبدل پیشنهادی، تقسیم جریان بین اجزای مغناطیسی شامل سلف تزویج شده و سلف ورودی منجر به کاهش سطح جریان عبوری آنها می شود که تلفات توان کلی اجزای مغناطیسی و سوئیچ های قدرت را کاهش می دهد. علاوه بر این، تنش های ولتاژ روی سوئیچ های اکتیو مبدل پیشنهادی با استفاده از مدارهای کلمپ پسیو قابل بازیافت محدود می شود. اصول عملکرد، تجزیه و تحلیل حالت پایدار، مطالعه مقایسه ای، برآورد راندمان و همچنین ملاحظات طراحی مدار معرفی شده به تفصیل ارائه شده است. در نهایت، برای صحت سنجی عملکرد مبدل ارائه شده، یک نمونه اولیه (200 وات، 25 ولت - 400 ولت) پیاده سازی شده است. با توجه به نتایج تجربی، توپولوژی پیشنهادی می تواند ولتاژ خروجی جریان مستقیم 400 ولت را با بازده حدود 96.2 درصد ارائه دهد. علاوه بر این، تنش ولتاژ روی سوئیچ قدرت مبدل به حدود 15 درصد ولتاژ جریان مستقیم خروجی محدود می شود.
کلید واژگان: مبدل جریان مستقیم بهره بالا، مبدل درجه دوم، تقسیم جریان، سلف تزویج شده، جریان ورودی پیوستهJournal of Technovations of Electrical Engineering in Green Energy System, Volume:4 Issue: 4, 2024, PP 46 -65This paper introduces a new double-switch quadratic DC-DC converter with ultra-high voltage gain ratio, low current stress, and low input current ripple for renewable energy applications. This suggested topology uses a coupled-inductor and voltage multiplier cells to achieve the ultra-high voltage conversion ratio. The main benefits of the suggested structure are its ultra-high voltage conversion ratio, low voltage and current stresses, common ground between the input and output sides, and continuous input current with low ripple. Also, in the proposed converter, the current sharing between the magnetic components including the coupled-inductor and input inductor leads to a reduction of their passing current values, which alleviates the overall power losses of the magnetic components and power switches. Furthermore, the voltage stresses on the active switches of the proposed converter are restricted using the regenerative passive clamp circuits. The operating principle, the steady-state analysis, the comparison study, the efficiency estimation as well as design considerations of the introduced circuit are provided in detail. Finally, to justify the performance of the presented converter, a sample prototype (200 W, 25 V- 400 V) is implemented. Regarding the experimental results, the proposed topology can provide a high DC output voltage of 400V under the efficiency of about 96.2%. Moreover, the voltage stress across the power switch of the converter is limited to about 15% of the output DC voltage.
Keywords: Step-Up DC-DC Converter, Quadratic Converter, Current Sharing, Coupled-Inductor, Continuous Input Current -
International Journal of Industrial Electronics, Control and Optimization, Volume:7 Issue: 4, Autumn 2024, PP 281 -290
In this paper, a single switch transformer-less DC-DC converter with continuous input current for photovoltaic applications is proposed. The suggested configuration utilizes a CL1C2D2 structure to achieve a high voltage gain and alleviate voltage pressure on the semiconductor components. This design enables a significant increase in voltage output with a minimal turns ratio, leading to reduced size, weight, and cost of the converter system. The reduction in turns ratio of the coupled inductor results in lowered voltage stress on the semiconductor elements. Additionally, employing just one power switch in the converter simplifies control and reduces expenses. With its continuous input current, this converter is particularly well-suited for integration in photovoltaic systems. Simulation results conducted using PSCAD/EMTDC software validate the efficacy of the proposed power converter. Furthermore, the maximum power output of the photovoltaic module through an MPPT (Maximum Power Point Tracking) controller under varying irradiance levels is determined, and simulations are executed using PSCAD/EMTDC.
Keywords: Non-Isolated DC-DC Converter, MPPT (Maximum Power Point Tracking), Continuous Input Current, Coupled Inductor, Turn Ratio Reduction -
International Journal of Industrial Electronics, Control and Optimization, Volume:7 Issue: 4, Autumn 2024, PP 301 -312This paper presents a new high step-up DC-DC switched-mode converter in which not only the input and output ports can be connected to a common ground, but also the service time of the input source is extended due to continuous current injection to the proposed power converter. Furthermore, the fast dynamic response is offered by minimum phase characteristics. This key feature is achieved by making the proposed converter’s control to output transfer function, free from the right half plane zero (RHPZ). Full description of the operation principles, theoretical analysis related to steady-state operation, and also the small-signal modelling derivation of the proposed converter, are presented in this paper. In the end, to confirm all the merits of the proposed converter and accuracy of theoretical analysis, a sample 25 V - 100 V laboratory prototype DC-DC converter with 100W output power has been implemented, and the main experimental results have also been outlined.Keywords: Minimum Phase, DC-DC Converter, Continuous Input Current
-
در این مقاله، یک مبدل بسیار افزاینده جدید بدون استفاده از سلف تزویج شده در ورودی ارائه شده است. این مبدل دارای دو سلف کوپل شده است: یکی برای افزایش بهره ولتاژ و دیگری برای ایجاد شرایط کلیدزنی در جریان صفر و انتقال انرژی اسنابر. از اسنابر بدون تلفات برای ایجاد شرایط کلیدزنی نرم استفاده شده است. تمامی دیودهای مدار در جریان صفر کلیدزنی می شوند، بنابراین مشکل بازیابی معکوس در آنها وجود ندارد. جریان ورودی مبدل پیوسته است و به دلیل استرس ولتاژ پایین روی کلیدها، تلفات هدایتی در مبدل کاهش یافته است. این مبدل به طور کامل تحلیل شده و نمونه ای 60 وات از آن در PSPICE شبیه سازی و سپس ساخته شده است تا تحلیل های مدار را تایید کند. راندمان مبدل در بار کامل 96% است و یک بهبود 6 درصد را نسبت به مبدل افزاینده با کلیدزنی سخت نشان می دهد.
کلید واژگان: مبدل بسیار افزاینده، جریان ورودی پیوسته، سلف تزویج شده، کلیدزنی در جریان صفرIn this study, a novel high step-up converter without utilizing a coupled inductor at the input is presented. The converter incorporates two coupled inductors: one to enhance the voltage gain and the other to facilitate zero-current switching (ZCS) and transfer snubber energy. A lossless snubber is employed to achieve soft-switching conditions. All diodes in the circuit operate under ZCS, effectively eliminating the issue of reverse recovery. The converter features a continuous input current and reduced conduction losses due to low voltage stress on the switches. The proposed converter has been comprehensively analyzed, and a 60 W prototype was simulated in PSPICE and subsequently implemented to validate the circuit analysis. The converter achieves an efficiency of 96% under full-load conditions, representing a 6% improvement compared to a hard-switching boost converter.
Keywords: High Step-Up Converter, Continuous Input Current, Coupled Inductor, Zero-Current Switching (ZCS) -
نشریه فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز، سال سوم شماره 3 (پیاپی 11، پاییز 1403)، صص 85 -102
این مقاله یک مبدل جدید تک سوئیچه بسیار بهره بالا DC-DC برای کاربردهای انرژی تجدیدپذیر ارائه می دهد. این مبدل قادر است بهره ولتاژ بالا را در سیکل وظیفه کم، ریپل جریان ورودی کم و استرس ولتاژ پایین ارائه دهد. علاوه بر این، از یک سلف تزویج شده با سه سیم پیچ برای افزایش بهره ولتاژ استفاده شده است که نشان دهنده انعطاف پذیری بیشتر مبدل است. همچنین، سیم پیچ ثانویه سلف تزویج شده به صورت ترانس-معکوس عمل می کند. بنابراین در تعداد دور های کمتر، بهره های ولتاژ بالاتر می تواند به دست آید. یک مدار کلمپ (محدود کننده) پسیو خود احیا انرژی نشتی سلف تزویج شده را جذب و بازیافت می کند. تک ماسفت قدرت مدار در شرایط کلید زنی در جریان صفر با استرس ولتاژ محدود فعالیت می کند. در این مدار به دلیل عملکرد کلید زنی نرم برای سوئیچ قدرت و دیودها، تلفات توان به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. تجزیه و تحلیل دقیق حالت دائمی و آنالیز تلفات توان به همراه ملاحظات طراحی مهیا شده است. در نهایت، برای تایید یافته های تئوری، یک نمونه آزمایشگاهی (200 وات، 25 ولت-400 ولت) پیاده سازی شده است. با توجه به نتایج آزمایشگاهی، راندمان مبدل پیشنهادی در حدود 96.2٪ است و حداکثر استرس ولتاژ بر سر کلید قدرت تقریبا به اندازه 15% ولتاژ DC خروجی محدود شده است.
کلید واژگان: مبدل جریان مستقیم بهره بالا، سلف تزویج شده، جریان ورودی پیوسته، ترانس-معکوس، کلید زنی نرمJournal of Technovations of Electrical Engineering in Green Energy System, Volume:3 Issue: 3, 2024, PP 85 -102This paper presents a new single-switch Ultra High-Gain DC/DC converter for renewable energy applications. This converter is able to provide a high voltage gain in a low-duty cycle, low input current ripple, and low voltage stress. Moreover, a coupled inductor with three windings is utilized to extend the voltage gain, which indicates more converter flexibility. Also, the secondary winding of the coupled inductor acts in a trans-inverse manner. Thus, at a lower number of turn ratios, higher voltage gains can be achieved. A regenerative passive clamp circuit absorbs and recycles the energy of the leakage energy of the coupled inductor. The single-power MOSFET operates at zero current switching conditions with restricted voltage stress. In this circuit, because of the soft-switching operation for the power switch and diodes, the power dissipations have been alleviated considerably. Detailed steady-state and power loss analyses, as well as design considerations, are provided. Finally, to confirm the given theories a sample prototype (200 W, 25 V- 400 V) is implemented. Regarding the experimental results, the proposed converter efficiency is about 96.2%, and the maximum voltage stress across the power switch is limited to about 15% output DC voltage.
Keywords: Step-Up DC-DC Converter, Coupled-Inductor, Continuous Input Current, Trans-Inverse, Soft-Switching -
در این مقاله، ساختار بهبودیافته ای برای اینورترهای دو طبقه پیشنهاد می شود که ازقابلیت افزایندگی ولتاژ بالا بدون استفاده از ترانسفورماتور بهره می برد. ساختار پیشنهادی از دو بخش اصلی شامل یک مبدل dc-dc بهبودیافته و نیز یک پل H تشکیل شده است. استفاده از تنها یک کلید در بخش ورودی، نه تنها موجب کاهش هزینه و ابعاد مبدل می گردد بلکه کمینه شدن تعداد حالات کاری (تنها دو حالت کاری) مبدل dc-dc پیشنهادی و در نتیجه ساده تر شدن کنترل آن را نیز در پی دارد. وجود نقطه زمین مشترک در بخش ورودی، قابلیتی است که می تواند حذف جریان نشتی ناشی از سلول های خورشیدی در کاربردهای فتوولتاییک را به همراه داشته باشد. با توجه به پیوستگی جریان ورودی و نیز قابلیت افزایندگی بالای ولتاژ در ساختار پیشنهادی، امکان ردیابی نقطه بیشینه توان در کاربرد سلول های خورشیدی نیز فراهم خواهد بود. امکان کنترل مقدار موثر ولتاژ خروجی ساختار پیشنهادی نیز از طریق کنترل دوره کاری کلید بخش ورودی میسر خواهد بود. در این مقاله، ساختار پیشنهادی معرفی شده و توضیحات تکمیلی درباره حالات کاری مختلف آن به همراه محاسبات مربوط به تحلیل تلفات و بازده ارایه می شود. همچنین مقایسه ای بین ساختار پیشنهادی و تعدادی از ساختارهای موجود ارایه می شود. برای اثبات عملکرد صحیح مبدل پیشنهادی و همچنین درستی محاسبات تیوری، نتایج شبیه سازی در محیط نرم افزار PSCAD ارایه شده است.
کلید واژگان: مبدل dc-dc افزاینده، اینورتر دو طبقه، نقطه زمین مشترک، جریان ورودی پیوسته، ردیابی نقطه بیشینه توانJournal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Volume:20 Issue: 4, 2023, PP 1 -13In this paper, an improved structure for two-stage inverters is proposed, which profits from high voltage boosting ability without using a transformer. The proposed structure consists of two main stages, including an improved dc-dc converter and an H-bridge. Using only one switch in the input section (the proposed dc-dc converter), not only reduces the cost and dimensions of the converter, but also minimizes the number of working modes (only two modes) and, as a result, simplifies its control. The presence of a common ground point in the input section is a feature that can eliminate the leakage current caused by solar cells in photovoltaic applications. Due to the continuity of the input current and the ability to increase the voltage in the proposed structure, it will be possible to track the maximum power point in the application of solar cells. It will be possible to control the effective value of the output voltage of the proposed structure by controlling the duty cycle of the switch of the input section. In this article, the proposed structure is introduced and additional explanations about its different operational modes are provided along with calculations related to loss and efficiency analysis. Also, a comparison between the proposed structure and a number of existing structures is presented. To prove the correct operation of the proposed converter as well as the correctness of theoretical calculations, simulation results extracted from PSCAD/EMTDC software are presented.
Keywords: Step-Up DC-DC Converter, Two-Stage Inverter, Common-Ground Point, Continuous Input-Current, Maximum Power Point Tracking -
ریزشبکه ها و شبکه های هوشمند و مدرن امروزی برای تحقق فرآیندهای کنترلی خود به ادوات الکترونیک قدرت واسط از جمله مبدل های DC-DC از نوع افزاینده (بهره بالا) نیازمند هستند. در این مقاله ساختار بهبودیافته ای برای مبدل های DC-DC غیرایزوله پیشنهاد شده که در کنار دارا بودن مزایایی مهمی نظیر بهره ولتاژ بالا، نقطه زمین مشترک و جریان ورودی پیوسته، از ویژگی های مهم دیگری نظیر تعداد عناصر کاهش یافته، تنش جریان و ولتاژ پایین عناصر نیز بهره مند می باشد. تحلیل های حالت دایمی برای هر دو رژیم هدایت پیوسته و ناپیوسته و نیز ملاحظات طراحی مبدل پیشنهادی بطور مفصل انجام و ارایه شده است. برای ارزیابی قابلیت رقابت پذیری ساختار پیشنهادی، مقایسه جامعی از دیدگاه های مختلف بین ساختار پیشنهادی و ساختارهای مشابه پیشین صورت گرفته است. همچنین، دینامیک سریع مبدل پیشنهادی در ردیابی مرجع و نیز بهبود اثر اغتشاش شبیه سازی شده و مورد تایید قرار گرفته است. کارآمدی و عملکرد صحیح ساختار پیشنهادی نیز با استفاده از مقایسات، شبیه سازی ها و نتایج آزمایشگاهی مورد تایید قرار گرفته است.
کلید واژگان: مبدل DC-DC غیرایزوله، بهره ولتاژ بالا، تنش ولتاژ، نقطه زمین مشترک، جریان ورودی پیوستهNowadays, the clean, non-pollutant, free and renewable energy sources are in the center of attention in industry to meet the electric energy requirements. The smart energy networks need the energy storage systems as interfaces to realize the energy management and balance between the generated and demanded energy. The power electronic converters can efficiently play the role of interface between the energy sources, load and energy storage systems. The solar energy is one of the popular renewable energies that can be converted to the electric energy through the Photovoltaic (PV) panels. The output voltage (energy) of PV panels is usually low and in DC form. Thus, the DC-DC power converters are required to enhance the low output voltage of PVs to higher practical values. They should also be capable of extracting and tracking the maximum power point of PVs. Different topologies have been presented in the literature that fulfill some requirements of DC-DC converters, such as: step-up capability, availability of common ground point, continuous source current, low required devices, low current and voltage stress on the components and so on. This paper proposes an improved configuration that combines the impedance network and quadratic boost converter, which produces high voltage boosting factors (even at low or mild duty ratios) compared to its similar counterparts. Moreover, the voltage stress of its switching devices is limited to output voltage. It also benefits from continuous input current and common-ground point, which makes it very suitable for solar cell applications. The two switches of proposed converter operate synchronously, which leads to only two operational states in continuous conduction mode (CCM) and easy control strategy. The superiority of the proposed configuration over its counterparts has been certified by comprehensive comparative analysis. Furthermore, the real and ideal voltage gain of the proposed converter has been calculated and presented. The dynamic behavior of proposed converter in the closed loop control system has been investigated through the simulation analysis carried out in PSCAD/EMTDC software, which show a good and fast response on reference tracking and disturbance elimination. The correct operation of proposed converter has been approved by simulation and experimental analysis.
Keywords: Non-Isolated DC-DC Converter, High Step-Up, Voltage Stress, Common Ground Point, Continuous Input Current -
This paper focuses on introducing a transformerless DC/DC converter with low total switching device power in dual working modes including step-up and step-up/down modes. The proposed converter is analysed in terms of the continuous conduction mode, steady state, and efficiency with the replacement of parasitic resistance effects. The proposed converter in the step-up mode has a high voltage gain ratio and a continuous input current. Then, the other working mode of the proposed converter with relevant DC/DC converters is compared. By this comparison, the proposed converter has a high voltage gain ratio. Also, the converter characteristics such as voltage stress on power switches and charge pump capacitors are in a good condition in this mode. Finally, the experimental results from a laboratory made prototype and the obtained waveforms from the simulation in PLECS are presented for validation such as higher voltage gain ratio, lower total switching device power and better efficiency.
Keywords: Continuous input current, step-up, down mode, parasitic parameters, dual mode, total switching device power (SDP)
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.