CLD modülüne dayalı yüksek kazançlı ikincil güçlendirme DC dönüştürücü
0 Önsöz
Yüksek voltaj kazancı ve düşük bileşen voltaj stresine sahip bir DC dönüştürücü aramak, bu alanda sıcak bir nokta haline geldi. Şu anda, yurtiçi ve yurtdışındaki birçok bilim insanı, yeni enerji güç üretim sistemlerinde kullanılan birçok yüksek kazançlı DC güçlendirme dönüştürücüsü önermiştir. Etkileşimli Boost devresine dayanan literatür, çıkış voltajını iki katına çıkarma amacına ulaşmak için anahtarlı kapasitörün şarj ve deşarjını kullanır. Literatür, çoklu girişlerin paralel bağlantısını önerir ve daha sonra, çoklu giriş artışı amacına ulaşmak için Buck-Boost devre topolojisini kullanır.
Bu makale, CLD modülüne dayanan ikincil bir güçlendirme DC dönüştürücü önermektedir. Voltaj kazancı, geleneksel Güçlendirme devresinin (1 + D) / (1-D) katıdır ve anahtar tüpünün voltaj stresi, geleneksel Güçlendirme devresinin% 1'i kadardır. / (1 + D) kez. Bu makale önerilen dönüştürücünün çalışma modunu, çalışma prensibini ve çeşitli gerilim performans indekslerini detaylı olarak türetmekte ve makaledeki gerilim kazancını diğer benzer dönüştürücülerle karşılaştırmaktadır.Son olarak, teori laboratuvarda oluşturulan deneysel model ile kanıtlanmıştır. Analizin doğruluğu.
Şekil 1, geleneksel bir tek anahtarlı ikincil yükseltme dönüştürücüsünü göstermektedir. Şekil 1'de gösterildiği gibi, S anahtarının gerilim gerilimi VS-gerilimi ve D3 diyotunun gerilim gerilimi VD3-gerilimi şu şekilde ifade edilebilir:
Anahtar tüpü S ve diyot D3 üzerindeki voltaj gerilimini azaltmak ve tüm dönüştürücünün voltaj kazancını artırmak için bu tasarımda CLD modülü Şekil 2'de önerilmiştir.
Şekil 2, geleneksel bir Boost devresi ve bir CLD modül grubunun birleşiminden oluşan yeni bir dönüştürücüyü göstermektedir.
Geleneksel tek anahtarlı ikincil güçlendirme dönüştürücüsünün voltaj kazancını artırmak ve anahtar borusu S'nin her iki ucundaki gerilim stresini azaltmak için, bu kağıt CLD modülünü geleneksel ikincil yükseltme dönüştürücüsüne yükler ve yeni bir tane önerir. Yeni dönüştürücü Şekil 3'te gösterilmektedir.
2 Dönüştürücünün çalışma prensibi
Teorik analizi basitleştirmek için, bu makalede bahsedilen CLD modülüne dayanan yüksek kazançlı ikincil boost DC dönüştürücünün tüm bileşenleri için aşağıdaki varsayımlar yapılır: (1) indüktör akımı iL1, iL2 ve iL3 süreklidir, yani dönüştürücü her zaman indüktör akımında çalışır. CCM (Sürekli İletim Modeli); (2) C1, C2, C3 ve C4 kapasitörleri yeterince büyüktür ve üzerlerindeki voltaj dalgalanması göz ardı edilebilir; (3) Tüm bileşenlerin parazitik parametreleri dikkate alınmaz, yani Hepsi ideal bileşenlerdir.
İndüktör akımı CCM modunda çalıştığı için, S anahtarının açma ve kapama anlarına karşılık gelen çalışma modu 1 ve çalışma modu 2 üzerinde aşağıdaki analiz yapılır.
2.1 Çalışma modu 1
Bu sırada, anahtar tüpü S ve diyot D2 açılır ve diyotlar D1, D3 ve D4 kapatılır, eşdeğer devre Şekil 4 (a) 'da gösterilmektedir. Şu anda devrede dört döngü vardır: döngü 1, güç kaynağı VDC, indüktör L1, diyot D2 ve anahtar tüpü S, bir döngü oluşturmak için seri olarak bağlanır.Şu anda, güç kaynağı VDC şarj indüktörü L1; döngü 2, kapasitör C1, indüktör L2 ve anahtar tüpü S seri olarak bağlanır Bir döngü oluşur.Bu sırada, C1 kondansatörü L2 indüktörünü şarj eder; döngü 3, anahtar borusu S, kondansatör C3, kondansatör C4, indüktör L3 ve kondansatör C2, bir döngü oluşturmak için seri olarak bağlanır.Bu sırada, kondansatörler C2 ve C3, indüktör L3'ü şarj etmek için seri olarak bağlanır: döngü 4, kondansatör C4 ve yük R bir döngü oluşturur ve yük R, C4 kapasitöründen güç alır.
Tüm çalışma modu 1'de, indüktör akımları iL1, iL2 ve iL3 doğrusal olarak artar ve değerlerinin zamana göre türevleri şunlardır:
2.2 Çalışma Modu 2
Bu sırada, anahtar tüpü S ve diyot D2 kapatılır ve D1, D3 ve D4 diyotları açılır, eşdeğer devre Şekil 4 (b) 'de gösterilmektedir. Devredeki bu zamanda, indüktör L1 kondansatör C1'i şarj eder, indüktör L2 kondansatörleri C2 ve C3 şarj eder ve indüktör L3 kondansatörü C4 şarj eder.
Tüm çalışma modu 2'de, indüktör akımları iL1, iL2 ve iL3 doğrusal olarak bozulur ve değerlerinin zamana göre türevleri şunlardır:
2.3 Ana dalga formları ve voltaj kazancı
Şekil 5, bu makalede önerilen dönüştürücünün bazı ana parametrelerinin dalga biçimlerini göstermektedir. VC1, C1 kondansatöründeki voltaj dalga formu olduğunda, iL1 indüktör L1'den akan akım dalga formudur, VC2 kondansatör C2 boyunca akan voltaj dalga formudur, iL2 indüktör L2'den akan akım dalga formudur, VD2, D2 diyotu boyunca voltaj dalga formudur, iL3 L3 indüktöründen akan akımın dalga biçimi.
Şekil 4 (a) ve Şekil 4 (b) 'ye göre, endüktans L1, L2 ve L3'ün volt-saniye ile dengelenebileceği görülebilir:
Bunların arasında D, anahtar borusunun S görev oranıdır, MCCM, konvertör akımı sürekli modundaki dönüştürücünün voltaj kazancıdır.
3 Diğer yüksek kazançlı DC yükseltme dönüştürücülerle karşılaştırma
3.1 Gerilim kazancının karşılaştırılması
Şekil 1'den, indüktör akımı sürekli modundaki geleneksel ikincil yükseltici dönüştürücünün voltaj kazancının şöyle olduğunu görebiliriz:
Literatürden, dönüştürücü indüktör akımı sürekli modunda ve indüktör akımı kesintili modda çalışırken, indüktör L3'ün kritik değerinin bilinmesi mümkündür:
Bunlar arasında T, dönüştürücüdeki anahtar tüpünün S saat döngüsüdür, bu nedenle dönüştürücünün her zaman CCM modunda çalışmasını sağlamak için, endüktans L3'ün değeri denklem (13) ile hesaplanan değerden daha büyük olmalıdır.
Şekil 2, Şekil 3 ve Şekil 1'deki dönüştürücü topolojisinin CCM modunda voltaj kazanımları Şekil 6'da gösterilmektedir.
Şekil 6'dan, bu makalede önerilen dönüştürücünün, görev döngüsü aynı olduğunda diğer üç yüksek kazançlı DC güçlendirme dönüştürücüsüne kıyasla en yüksek voltaj kazancına sahip olduğu görülebilir.
3.2 Anahtar borusu gerilim stresinin karşılaştırılması
Denklem (8), denklem (9) ve denklem (10) 'dan, C1 ve C2 kapasitörlerinin VC1 ve VC2 voltaj değerlerinin şöyle olduğunu görebiliriz:
4 Deneysel araştırma
Bu makalede önerilen CLD modülüne dayanan yüksek kazançlı ikincil güçlendirme DC dönüştürücüsünün teorik analizinin doğruluğunu doğrulamak için, laboratuvar şimdi CCM modunda çalışan deneysel bir prototip üretti. Deneysel bileşen parametreleri ve deneysel parametreler Tablo 1'de gösterilmektedir.
Şekil 7 (a), (b), (c), görev döngüsü D = 0.5 olduğunda, bu makalede bahsedilen CLD modülüne dayanan yüksek kazançlı ikincil güçlendirme DC dönüştürücüsünün deneysel prototipinin kısmi dalga formlarıdır. . Şekil 7 (a), test prototipinin giriş ve çıkış gerilimi dalga şekillerini gösterir.Okunabilir giriş gerilimi VDC 10 V ve çıkış gerilimi Vo 60 V'tur, bu teorik hesaplama değeri ile tutarlıdır; Şekil 7 (b) test prototipini gösterir Anahtarlama borusu S ve diyot D3 tarafından taşınan gerilim gerilimi okunabilir.S Anahtarlama borusu S'nin gerilim gerilimi VS-gerilimi 40 V'tur ve diyot D3'ün gerilim gerilimi VD3-gerilimi 40 V'tur ve bu teorik hesaplama değeri ile tutarlıdır; Şekil 7 (c) test prototipindeki diyot D1 ve D2'nin taşıdığı gerilim gerilimini gösterir Gerilim geriliminin, teorik hesaplama değeri ile tutarlı olan 20 V olduğu okunabilir.
5. Sonuç
Bu makale, CLD modülüne dayalı bir yüksek kazançlı ikincil güçlendirme DC dönüştürücü önermekte ve CCM modundaki anahtarlarının açık ve kapalı durumlarının ayrıntılı bir teorik analizini yapmakta ve voltaj kazanım formülünü ve çeşitli Çeşitli bileşenlerin gerilim stresi. Aynı koşullar altında, çeşitli bileşenlerin gerilim kazancı ve gerilim gerilmesi benzer dönüştürücülerle karşılaştırılarak bu yazıda önerilen dönüştürücünün yüksek gerilim kazancı ve düşük bileşen gerilim gerilimi özelliklerine sahip olduğu gösterilmiştir. Son olarak, laboratuvarda oluşturulan deneysel model aracılığıyla deney, yukarıdaki teorik analizin doğruluğunu kanıtladı.
Referanslar
Chen Geng, Dong Xiucheng, Li Haoran ve diğerleri.Diyot kelepçesine dayalı yeni bir yüksek kazançlı DC güçlendirme dönüştürücü. Journal of Electric Power System and Automation, 2017, 29 (9): 48-53.
Hu Xuefeng, Gong Chunying.Çift bağlı indüktörlü yüksek kazançlı giriş paralel çıkış serisi DC / DC dönüştürücü Güç Elektroniği, IEEE İşlemleri, 2015, 30 (3): 1306-1317.
Luo Quanming, Lu Yingxin, Zhou Luowei, ve diğerleri.Çoklu girişli bir yüksek artırma Arttırıcı dönüştürücü Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2012, 32 (3): 9-14.
Wang Ting, Tang Yu, He Yaohua, vb. Çok birimli anahtarlamalı indüktör / anahtarlamalı kapasitör aktif ağ dönüştürücü Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2014, 34 (6): 832-838.
AXELROD B, BERKOVICH Y. Transformatörsüz hibrit DC-DC PWM dönüştürücüleri elde etmek için anahtarlamalı kondansatör / anahtarlamalı indüktör yapıları Devreler ve Sistemlerde IEEE İşlemleri, 2009, 5 (2): 687-696.
Chen Geng, Dong Xiucheng, Li Haoran, vb. İzole edilmemiş yeni yüksek kazançlı DC-DC güçlendirme dönüştürücü Journal of Power Supply, 2017, 15 (5): 1-6.
TSENG K C, HUANG C C. Yenilenebilir enerji sistemi için voltaj çoğaltıcı modüllü yüksek yükseltmeli yüksek verimli serpiştirilmiş dönüştürücü Endüstriyel Elektronik, IEEE İşlemleri, 2014, 61 (3): 1311-1319.
Chen Wenkui, Cheng Weibin, Guo Yingna.Geniş girişli DC-DC Boost dönüştürücüler için endüktans parametrelerinin tasarımı.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2015, 41 (2): 146-148, 159.
Leyva-Ramos J, Ortiz-Lopez M G, Diaz-Saldierna L H, ve diğerleri.Geniş DC dönüşüm oranları için kuadratik bir yükseltici dönüştürücü kullanan anahtarlama regülatörü. IET Power Electronics., 2009, 2 (5): 605-613.
KHALIGH A, CAO J, LEE Y J. Çok girişli bir DC-DC dönüştürücü topolojisi.Güç Elektroniği Üzerine IEEE İşlemleri, 2009, 24 (3): 862-868.
Li Jixiao, Chen Xikun.AGV Otonom Şarj için Dijital Kontrol DC / DC Dönüştürücü Araştırması Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2015, 41 (9): 125-127, 131.
yazar bilgileri:
Zhao Xinkuan 1, Chen Yandong 2, Zhang Zhenqiang 3, Jiang Hongchao 4
(1. Akıllı Şebeke Teknolojisi İşbirlikçi Yenilik Merkezi, Zhuhai Şehri Meslek ve Teknik Koleji, Zhuhai 519090, Guangdong;
2. Ulusal Güç Dönüşümü ve Kontrol Mühendisliği Teknolojisi Araştırma Merkezi, Hunan Üniversitesi, Changsha 410082, Hunan;
3. Zhuhai Maini Electronic Control Technology Co., Ltd., Zhuhai 519000, Guangdong; 4. The Sixth Research Institute of China Electronics Information Industry Group Co., Ltd., Beijing 102209)
