DCM tabanlı Kademeli DC Boost Dönüştürücü-AET
0 Önsöz
Tek bir fotovoltaik panelin çıkış voltajı genellikle 33-43 V olduğundan, yüksek voltajlı doğru akım için inverter şebekeye bağlı sistemin gereksinimlerini karşılamak zordur; yaygın geleneksel Boost boost dönüştürücü, voltaj kazancının 6'yı aştığı durumlar için uygun değildir; izole edilmiş doğru akım Yükseltme dönüştürücünün boyutu büyüktür ve elektrik enerjisine enerji dönüştürme verimliliğinin yüksek olması olası değildir Bu nedenle, bu aşamada fotovoltaik güç üretim sistemlerinde yaygın olarak kullanılan DC yükseltme dönüştürücüler çoğunlukla izole edilmemiştir.
Bu makale, fotovoltaik güç üretim sistemindeki DC yükseltme dönüştürücüsünün gereksinimlerini karşılamak için DCM modülüne dayalı, yüksek kazançlı, yalıtımsız bir DC yükseltme dönüştürücü önermektedir. İlk olarak, yüksek kazançlı DC yükseltme dönüştürücünün çalışma prensibi ve performans özellikleri analiz edilir ve ana performans bu aşamada diğer bazı yüksek kazançlı DC dönüştürücülerle karşılaştırılır. Son olarak, laboratuvarda 170 W nominal güce sahip deneysel bir prototip, dönüştürücünün etkinliğini doğruladı.
1 çalışma prensibi
Bu yazıda önerilen DCM'ye (Diyot Kapasitör Modülü) dayalı kademeli DC güçlendirme dönüştürücü Şekil 1'de gösterilmektedir. Sonraki analizi basitleştirmek için, topolojideki bileşenler için aşağıdaki varsayımlar yapılır: (1) Yapıdaki tüm bileşenlerin parazitik parametrelerini göz ardı edin; (2) Yapıdaki tüm indüktörler Sürekli İletim Modelinde (CCM) çalışır; (3) Yapıdaki tüm kapasitörlerdeki voltaj sabittir.
Önerilen dönüştürücü topolojisindeki bazı bileşenlerin dalga biçimleri Şekil 2'de gösterilmektedir. Bunlar arasında, iL1 ve iL2, indüktör L1 ve L2'den geçen akımlardır, VC1 ve VC2, C1 ve C2 kapasitörlerindeki gerilimlerdir ve VD1 ve VD2, D1 ve D2 diyotları boyunca gerilimlerdir. Bunlar arasında Ton ve Toff, sırasıyla T saat döngüsünde anahtar S'nin açma ve kapama süreleridir.
Önerilen dönüştürücü CCM modunda çalıştığı için iki çalışma durumuna sahiptir: S anahtarı açık ve kapalı.
(1) Anahtar borusu S açılır
Anahtar tüpü S kapatılıp açıldığında, eşdeğer devresi Şekil 3 (a) 'da gösterilmektedir. D1, D3 ve D5 diyotları kapatılır ve D2 ve D4 diyotları açılır. Şu anda dönüştürücüde 4 devre vardır. Döngü 1: Güç kaynağı VDC, indüktör L1'i diyot D2 ve anahtar S üzerinden şarj eder; Döngü 2: Kapasitör C1, endüktörü L1'i anahtar S üzerinden şarj eder; Döngü 3: C3 kapasitör, D4 diyotu ve S anahtarı aracılığıyla C2 kapasitörüne güç sağlar; Döngü 4 : C3 kondansatörü ve C4 kondansatörü, yük R'ye güç sağlamak için seri olarak bağlanmıştır.
1. döngüden:
(2) Anahtar borusu S'nin bağlantısı kesildi
Anahtar borusu S'nin bağlantısı kesildiğinde, eşdeğer devresi Şekil 3 (b) 'de gösterilmektedir. D1, D3 ve D5 diyotları açılır ve D2 ve D4 diyotları kapatılır. Şu anda dönüştürücüde 4 devre vardır. Döngü 1: Güç kaynağı VDC ve indüktör L1 seri olarak bağlanır ve C1 kondansatörü D1 diyotu üzerinden şarj edilir; Döngü 2: C1 kondansatörü ve L2 indüktörü seri olarak bağlanır ve C3 kondansatörü D3 diyotu üzerinden şarj edilir; Döngü 4: C3 kondansatörü ve C4 kondansatörü, yük R'ye güç sağlamak için seri olarak bağlanır.
1. döngüden:
Döngü 3 ile elde edilebilir:
2 performans analizi
2.1 Gerilim kazancı M
İndüktör L1'e volt-saniye dengesi uygulayın:
2.2 Gerilim stresi
(1) Anahtar borusu S gerilim stresi VvpS
Şekil 3 (b) döngü 2'den şunları görebiliriz:
(2) Diyot voltaj gerilimi VvpD
Şekil 3 (a) döngü 1'den şunları görebiliriz:
3 Dönüştürücülerin performans karşılaştırması
Tablo 1, bu makalede önerilen dönüştürücünün sürekli iletim modunda literatür, literatür ve geleneksel Boost devresi ile performans karşılaştırmasını listeler.
Tablo 1'deki MCCM parametresinden, bu belgede önerilen dönüştürücünün daha yüksek bir voltaj kazancına sahip olduğu ve yeni bir enerji güç üretim sisteminde yüksek kazançlı bir DC yükseltme dönüştürücüsünün gereksinimlerini iyi karşılayabileceği görülebilir. Tablo 1'deki VvpS parametresinden, bu yazıda önerilen dönüştürücüdeki anahtar borusunun, anahtar borusundaki enerji kaybını azaltabilen daha düşük anahtar borusu gerilim gerilimine sahip olduğu görülebilir. Gerçek bileşen seçiminde, düşük dayanım gerilimi Anahtar tüpü, dönüştürücünün ihtiyaçlarını karşılayabilir ve bileşenlerin maliyetini düşürebilir. Tablo 1'deki VvpD1 parametresinden, bu yazıda önerilen dönüştürücüdeki diyotun daha düşük voltaj stresine sahip olduğu görülebilir Dönüştürücü, fiili çalışmada diyot üzerindeki enerji kaybını etkili bir şekilde azaltabilir ve dönüştürücünün genel enerji dönüştürme verimliliğini etkili bir şekilde iyileştirebilir. .
4 Deneysel araştırma
Bu makalede önerilen dönüştürücünün analizinin doğruluğunu teyit etmek için, topolojinin Şekil 1'ine göre laboratuvarda 170 W nominal güce sahip deneysel bir prototip yapılmıştır. Deneysel parametreler Tablo 2'de gösterilmektedir.
Şekil 4, anahtarlama tüpü S'nin kapısı ve kaynağı arasına yüklenen tahrik sinyali Vgs'nin ve test sırasında boşaltma ve kaynak boyunca gerilim stresi VvpS'nin eğrisini gösterir; bu, anahtarlama tüpü S kontrol sinyalinin görevini gösterir. D = 0.5 oranı ve gerilim stres okuması 80 V'tur ve bu teorik hesaplama değeriyle tutarlıdır. Şekil 5, deneysel prototipin giriş voltajı VDC ve çıkış voltajı VO'nun deneysel dalga biçimlerini göstermektedir.Okuma değerleri, teorik hesaplama değerleri ile tutarlı olan sırasıyla 20 V ve 160 V'dir. Şekil 6, deneysel prototipteki D1 ve D2 diyotları boyunca VD1 ve VD2 gerilim değerlerini, yani gerilim gerilimleri VvpD1 ve VvpD2'yi göstermektedir.Okuma değerlerinin tümü, teorik hesaplama değeri ile tutarlı olan 40 V'tur.
5. Sonuç
Yeni enerji güç üretim sistemlerinde yüksek kazançlı DC güçlendirme dönüştürücülerinin gereksinimlerini karşılamak ve elektrikli araçlarda çok aşamalı güç kaynağı uygulamasına hitap etmek için, bu makale DCM modüllerine dayalı yüksek kazançlı bir DC güçlendirme dönüştürücü önermektedir. İlk olarak, konvertörün çalışma prensibi ve performans özellikleri analiz edilir ve bu aşamada ana performans parametreleri diğer bazı yüksek kazançlı DC dönüştürücüler ile karşılaştırılır. Son olarak, laboratuvardaki 170 W deneysel prototip, dönüştürücünün etkinliğini doğruladı. Deneysel sonuçlar, dönüştürücünün yüksek voltaj kazancı, anahtar tüpünün ve diyotunun düşük voltaj gerilimi özelliklerine sahip olduğunu göstermektedir. Yeni enerji alanında yüksek kazançlı DC yükseltme dönüştürücüler için gereksinimleri iyi bir şekilde karşılayabilir.
Referanslar
Wang Ting, Tang Yu.Anahtarlamalı İndüktöre Dayalı Aktif Ağ Güçlendirme Dönüştürücüsü Araştırması.Elektroteknik Teknoloji Dergisi, 2014, 29 (12): 73-79.
CAO D, JIANG S, PENG FZ ve diğerleri. Düşük maliyetli trafo izole Tek fazlı şebekeye bağlı fotovoltaik sistem için yarım köprü mikro invertörü güçlendirin. IEEE Uygulamalı Güç Elektroniği Konferansı ve Sergisi.Orlando: IEEE, 2012: 71-78 .
WANG C M.A, basit bir ZCS PWM komütasyon hücresine sahip yeni ZCS-PWM geri dönüş dönüştürücü.IEEE Trans.on Industry Electronics, 2008, 55 (2): 749-757.
FOREST F, MEYNARD T A, LABOURE E, ve diğerleri.Yüksek artış oranına sahip uygulamalar için izole edilmiş çok hücreli hücreler arası transformatör dönüştürücü. Power Electronics üzerinde IEEE Trans., 2013, 28 (3): 1107-1119.
Wu Gang, Ruan Xinbo, Ye Zhihong Anahtarlamalı kapasitörler kullanan izole edilmemiş yüksek yükseltme oranlı DC dönüştürücü. Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2015, 35 (2): 442-450.
KIM H, YOON C, CHOI S. Yakıt hücresi uygulamaları için geliştirilmiş akım beslemeli ZVS izole Boost dönüştürücü Güç Elektroniği IEEE İşlemleri, 2010, 25 (9): 2357-2364.
YANG L S, LIANG T J, CHEN J F. Yüksek voltaj artışlı transformatörsüz DC-DC dönüştürücüler Industry Electronics IEEE Trans., 2009, 56 (8): 3144-3152.
Chen Geng, Dong Xiucheng, Li Haoran, vb. İzole edilmemiş yeni yüksek kazançlı DC-DC güçlendirme dönüştürücü Journal of Power Supply, 2017, 15 (5): 46-51.
yazar bilgileri:
Wei Zhen, Jiang Zhijun, Yang Xiaohui
(Bilgi Mühendisliği Okulu, Nanchang Üniversitesi, Nanchang, Jiangxi 330031)
