ساختار جدید کلیدزنی نرم در مبدل DC/DC با ضریب بهره ولتاژ بالا و راندمان مناسب در توان انتقالی بالا
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوترامید شریفیانا 1 , مجید دهقانی 2 , غضنفر شاهقلیان 3 * , سید محمد مهدی میرطلایی 4 , مسعود جباری 5
1 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد
2 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد
3 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد
4 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد
5 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد
کلید واژه: منابع انرژی نو, مبدل افزاینده, تشدید سری, ضریب بهره ولتاژ, کلیدزنی نرم,
چکیده مقاله :
از محدودیت‌های اصلی استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر برای تولید برق می‌توان به کم‌بودن ولتاژ خروجی نیروگاه‌های تولید برق با انرژیهای نو اشاره کرد. بنابراین جهت بهره‌گیری کارآمدتر از انرژیهای تجدیدپذیر طراحی یک مبدل با ضریب بهره بالاتر و راندمان بیشتر از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این مقاله یک ساختار جدید ارائه شده که هم‌زمان با داشتن یک مبدل افزاینده، تلفات ناشی از کلیدزنی نرم نسبت به روش‌های مرسوم به حداقل رسانده می‌شود. همچنین بر اساس روش ارائه‌شده تنش ولتاژ روی دیودها و کلیدها در حد قابل قبول محدود می‌شود. یک مبدل افزاینده ساده می‌تواند به کمک اضافه‌کردن یک شاخه موازی با ایجاد تشدید سری تا حد قابل ملاحظه‌ای ولتاژ خروجی را افزایش دهد و هم‌زمان کلیدزنی در ولتاژ صفر را ممکن سازد. مبدل پیشنهادی بدون اضافه‌کردن قطعه فعال به مبدل و با ساختار ساده غیر ایزوله در توان 500 وات و ولتاژ 385 ولت دارای ضریب بهره ولتاژ حدود 8/10 و راندمان بیشتر از 93% است. نتایج شبیه‌سازی عملکرد مبدل پیشنهادی را برای حالت‌های عملکردی مختلف نشان می‌دهد.
One of the main limitations of using renewable energies for electricity generation is the low output voltage of power plants with renewable energies. Therefore, the design of a converter with higher gain voltage and higher efficiency is important in the use of renewable energies. In this paper, a new topology that simultaneously has the structure of a boost converter can minimize switching losses by conventional soft switching methods and is also able to reduce voltage stress on diodes and switches Keep to an acceptable level. A simple boost converter can Increase the output voltage significantly by adding a parallel branch by generating a series resonance and enables zero voltage switching at the same time. Suggested converter without adding active element to converter with simple non-isolated structure at 500 watts and 385 volts it has a voltage gain factor of about 10.8 and efficiency of over 93%. The results show the performance simulation of the proposed converter for different performance modes.
[1] G. Haghshenas, S. M. M. Mirtalaei, H. Mordmand, and G. Shahgholian, "High step-up boost-fly back converter with soft switching for photovoltaic applications," J. of Circuits, Systems, and Computers, vol. 28, no. 1, pp. 1-16, Jan. 2019.
[2] ا. بابائی، ا. عباس‌نژاد، س. علیلو و م. صباحی، "تحلیل، طراحی و شبیه‌سازی یک مبدل dc/dc کاهنده با کلیدزنی تحت ولتاژ و جریان صفر،" نشریه کیفیت و بهره‌وری صنعت برق ایران، سال 4، شماره 2، صص. 62- 49، پاييز و زمستان 1394.
[3] S. H. Mozafarpoor-Khoshrodi and G. Shahgholian, " Improvement of perturb and observe method for maximum power point tracking in wind energy conversion system using fuzzy controller," Energy Equipment and Systems, vol. 4, no. 2, pp. 111-122, Autumn 2016.
[4] K. Khani and G. Shahgholian, "Analysis and optimization of frequency control in isolated microgrid with double-fed induction-generators based wind turbine," J. of International Council on Electrical Engineering, vol. 9, no. 1, pp. 24-37, Feb. 2019.
[5] م. ر. بنائي و ح. اژدرفائقي بناب، "آنالیز عملکرد مبدل dc-dc کاهنده- افزاینده جدید با ضریب افزایندگی بالا برای کاربرد در سیستم خورشیدی،" نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران، الف- نشریه مهندسی برق، سال 15، شماره 3، صص. 184- 175، پاییز 1396.
[6] ر. علی‌اکبری و م. دلشاد، "یک مبدل بسیار افزاینده کلیدزنی در جریان صفر جدید با المان کمکی کم،" روش‌های هوشمند در صنعت برق، سال 8، شماره 32، صص. 28- 21، زمستان 1396.
[7] س. م. م. میرطلائی و ر. امانی نافچی، "مبدل DC-DC بسیار افزاینده بوست با سلف تزویج‌شده و تکنیک دیود- خازن،" نشریه روش‌های هوشمند در صنعت برق، سال 10، شماره 39، صص. 12- 3، پاییز 1398.
[8] B. P. R. Baddipadiga, V. A. K. Prabhala, and M. Ferdowsi, "A family of high-voltage-gain DC-DC converters based on a generalized structure," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 33, no. 10, pp. 8399-8411, Oct. 2018.
[9] N. Vazquez, L. Estrada, C. Hernandez, and E. Rodriguez, "The tapped-inductor boost converter," in Proc. of the Int. Symp. on Industrial Electronics, . pp. 538-543, Vigo, Spain, 4-7 Jun. 2007.
[10] J. Yao, K. Li, K. Zheng, and A. Abramovitz, "On the equivalence of the switched inductor and the tapped inductor converters and its application to small signal modelling," Energies, vol. 12, Article No.: 4906, 19 pp., 2019.
[11] Q. Zhao and F. C. Lee, "High performance coupled-inductor dc-dc converter," in Proc. of 18th Annual IEEE Applied Power Electronics Conf. and Exposition, pp. 109-113, Miami Beach, FL, USA, 9-13 Feb. 2003.
[12] T. V. Nguyen, et al., "Self-powered high efficiency coupled inductor boost converter for photovoltaic energy conversion," Energy Procedia, vol. 36, pp. 650-656, 2013.
[13] Q. Zhao and F. C. Lee, "High-efficiency, high step-up dc-dc converters," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 18, no. 1, pp. 65-73, Jan. 2003.
[14] T. Wu, Y. Lai, J. Hung, and Y. Chen, "Boost converter with coupled inductors and buck-boost type of active clamp," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 55, no. 1, pp. 154-162, Jan. 2008.
[15] D. M. Van de Sype, K. De Gusseme, W. R. Ryckaert, A. P. Van de Bossche, and J. A. Melkebeek, "A single switch buck-boost converter with a high conversion ratio," in Proc. European Conference on Power Electronics and Applications, pp. 1-10, Dresden, Germany, Sept. 2005.
[16] W. Li and X. He, "Review of non-isolated high-step-up dc/dc converters in photovoltaic grid-connected applications," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 58, no. 4, pp. 1239-1250, Apr. 2011.
[17] H. Liu, H. Hu, H. Wu, Y. Xing, and I. Batarseh, "Overview of high-step-up coupled-inductor boost converters," IEEE J. of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 4, no. 2, pp. 689-704, Jun. 2016.
[18] Y. Zhao, W. Li, and X. He, "Single-phase improved active clamp coupled-inductor-based converter with extended voltage doubler cell," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 27, no. 6, pp. 2869-2878, Jun. 2012.
[19] B. Gu, J. Dominic, J. S. Lai, Z. Zhao, and C. Liu, "High boost ratio hybrid transformer DC-DC converter for photovoltaic module applications," in Proc. . of 18th Annual IEEE Applied Power Electronics Conf. and Exposition, pp. 598-606, Orlando, FL, USA, 5-9 Feb. 2012.
[20] T. Liang, S. Chen, L. Yang, J. Chen, and A. Ioinovici, "Ultra-large gain step-up switched-capacitor dc-dc converter with coupled inductor for alternative sources of energy," IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol. 59, no. 4, pp. 864-874, Apr. 2012.
[21] R. Wai, C. Lin, R. Duan, and Y. Chang, "High-efficiency DC-DC converter with high voltage gain and reduced switch stress," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 54, no. 1, pp. 354-364, Feb. 2007.
[22] K. Tseng, J. Lin, and C. Huang, "High step-up converter with three-winding coupled inductor for fuel cell energy source applications," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 30, no. 2, pp. 574-581, Feb. 2015.
[23] J. W. Baek, M. H. Ryoo, T. J. Kim, D. W. Yoo, and J. S. Kim, "High boost converter using voltage multiplier," in Proc. 31st Annual Conf. of IEEE Industrial Electronics Society, 6 pp., Raleigh, NC, USA, 6-10 Nov. 2005.
[24] T. J. Liang, S. M. Chen, L. S. Yang, J. F. Chen, and A. Ioinovici, "Ultra large gain step-up switched-capacitor DC-DC converter with coupled inductor for alternative sources of energy," IEEE Trans. on Circuit and System, vol. 59, no. 4, pp. 864-874, Apr. 2012.
[25] D. R. Garth, W. J. Muldoon, G. C. Benson, and E. N. Costague, "Multi-phase, 2-kilowatt, high-voltage, regulated power supply," in Proc. of EEE Power Electronics Specialists Conf., pp. 110-116, Pasadena, CA, USA, 19-20 Apr. 1971.
[26] M. T. Zhang, Y. Jiang, F. C. Lee, and M. M. Jovanovic, "Single-phase three-level boost power factor correction converter," in Proc. IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition , vol. 1, pp. 434-439, Dallas, TX, USA, 5-9 Mar. 2002.
[27] K. I. Hwu and Y. T. Yau, "An interleaved ac-dc converter based on current tracking," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 56, no. 5, pp. 1456-1463, May 2009.
[28] G. Franceschini, E. Lorenzani, M. Cavatorta, and A. Bellini, "3boost: a high-power three-phase step-up full-bridge converter for automotive applications," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 55, no. 1, pp. 173-183, Jan. 2008.
[29] P. W. Lee, Y. S. Lee, D. K. W. Cheng, and X. C. Liu, "Steady-state analysis of an interleaved boost converter with coupled inductors," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 47, no. 4, pp. 787-795, Aug. 2000.
[30] X. Huang, X. Wang, T. Nergaard, J. S. Lai, X. Zhu, and L. Xu, "Parasitic ringing and design issues of digitally controlled high-power interleaved boost converters," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 19, no. 5, pp. 1341-1352, Sep. 2004.
[31] L. Huber and M. M. Jovanovic, "A design approach for server power supplies for networking applications," in Proc. of 15th Annual IEEE Applied Power Electronics Conf. and Expo., vol. 2, pp. 1163-1169, New Orleans, LA, USA, 6-10 Feb. 2000.
[32] X. Feng, J. Liu, and F. C. Lee, "Impedance specifications for stable dc distributed power systems," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 17, no. 2, pp. 157-162, Mar. 2002.
[33] T. F. Wu and T. H. Yu, "Unified approach to developing single-stage power converters," IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, vol. 34, no. 1, pp. 211-223, Jan. 1998.
[34] B. R. Lin and J. J. Chen, "Analysis and implementation of a soft switching converter with high-voltage conversion ratio," IET-Power Electron, vol. 1, no. 3, pp. 386-394, Oct. 2008.
[35] R. Suriyakulnaayudhya, "A high gain step-up fly boost converter for high voltage high power applications," in Proc. of the IEEE/EEEIC, vol. ???, pp. 1268-1272, Rome, Italy, Jun. 2015.
[36] S. L. Brockveld and G. Waltrich, "Boost-flyback converter with interleaved input current and output voltage series connection," IET Power Electronics, vol. 11, no. 8, pp. 1463-1471, May 2018.
[37] A. B. Shitole, S. Sathyan, H. Suryawanshi, M. G. G. Talapur, and P. Chaturvedi, "Soft-switched high voltage gain boost-integrated flyback converter interfaced single-phase grid-tied inverter for SPV integration," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 54, no. 1, pp. 482-493, Jan./Feb. 2018.
[38] A. E. L. Costa and R. L. Andersen, "High-gain boost-boost-flyback converter for renewable energy sources applications," in Proc. of the IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conf. and 1st Southern Power Electronics Conf., 6 pp., Fortaleza, Brazil, 29 Nov.-2 Dec. 2015.
[39] س. م. م. میرطلائی و ر. جابری، "بررسی مبدل بوست- فلای‌بک بهره بالا در کاربرد سیستمهای خورشیدی،" روش‌های هوشمند در صنعت برق، سال 9، شماره 34، صص. 28- 19، تابستان 1397.
[40] V. T. Liu and L. J. Zhang, "Design of high efficiency boost-forward-flyback converters with high voltage gain," in Proc. of the IEEE Int. Conf. on Control & Automation, pp. 1061-1066, Taichung, Taiwan, 18-20 Jun. 2014.
[41] A. M. S. S. Andrade, E. Mattos, and M. L. S. Martins, "High-efficiency boost-flyback converter with voltage multiplier cells for high voltage gain application," Electric Power Components and Systems, vol. 46, no. 1, pp. 104-111, 2018.
[42] A. Affam, Y. Buswig, A. H. Othman, N. B. Julai, and O. Qays, "A review of multiple input dc-dc converter topologies linked with hybrid electric vehicles and renewable energy systems," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 135, Article No.: 110186, 23 pp., Jan. 2021.
[43] M. Jabbari and M. S. Dorcheh, "Resonant multi-input/multi-output/bidirectional ZCS step-down dc-dc converter with systematic synthesis for point-to-point power routing," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 33, no. 7, pp. 6024-6032, Jul. 2018.
[44] M. Veerachary and P. Kumar, "Analysis and design of quasi-z-source equivalent dc-dc boost converters," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 56, no. 6, pp. 6642-6656, Nov./Dec. 2020.
[45] S. Hasanpour, Y. Siwakoti, and F. Blaabjerg, "Hybrid cascaded high step-up dc/dc converter with continuous input current for renewable energy applications," IET Power Electronics, vol. 13, no. 15, pp. 3487-3495, Nov. 2020.
[46] A. Alzahrani, P. Shamsi, and M. Ferdowsi, "A novel non-isolated high-gain dc-dc boost converter," in Proc. of North American Power Symp., 6 pp., Morgantown, WV, USA, 17-19 Sept. 2017.
[47] M. Premkumar, et al., "A novel non-isolated high step-up DC-DC boost converter using single switch for renewable energy systems," Electrical Engineering, vol. 102, no. ???, pp. 811-829, Jun. 2020.
[48] N. H. Pour and K. Varesi, "A new non-isolated high gain DC-DC converter suitable for renewable energies," in Proc. of the 10th Int. Power Electronics, Drive Systems and Technologies Conf., pp. 747-751, Shiraz, Iran, 12-14 Feb. 2019.
[49] M. Hanifehpour, et al., "No-isolated high gain dc/dc converter with low input current ripple suitable for renewable applications," Electric Power Components and Systems, vol. 48, no. 11, pp. 1171-1184, 2020.
[50] M. Eydi, S. H. Hosseini, and R. Ghazi, "A new high gain DC-DC boost converter with continuous input and output currents," in Proc. of the the 10th Int. Power Electronics, Drive Systems and Technologies Conf.,, pp. 224-229, Shiraz, Iran, 12-14 Feb. 2019.
[51] J. Loranca-Coutino, et al., "High gain boost converter with reduced voltage in capacitors for fuel-cells energy generation systems," Electronics, vol. 9, no. 11, Article Number: 1480, 20 pp., Nov. 2020.
[52] F. L. Tofoli, D. C. Pereira, W. J. Paula, and D. S. O. Junior, "Survey on non-isolated high-voltage step-up dc-dc topologies based on the boost converter," IET Power Electronics, vol. 8, no. 10, pp. 2044-2057, Oct. 2015.
[53] W. Yu, et al., "High efficiency converter with charge pump and coupled inductor for wide input photovoltaic ac module applications," in Proc. IEEE Energy Conversion Congress and Expo., pp. 3895-3900, San Jose, CA, USA, 20-24 Sept. 2009.
[54] R. J. Wai and R. Y. Duan, "High step-up converter with coupled-inductor," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 20, no. 5, pp. 1025-1035, Sept. 2005.
نشريه مهندسي برق و مهندسي كامپيوتر ايران، الف- مهندسي برق، سال 19، شماره 2، تابستان1400 77
مقاله پژوهشی
ساختار جدید کلیدزنی نرم در مبدل DC/DC با ضریب
بهره ولتاژ بالا و راندمان مناسب در توان انتقالی بالا
امید شریفیانا، مجید دهقانی، غضنفر شاهقلیان، سید محمدمهدی میرطلایی و مسعود جباری
چكيده: از محدودیت‌های اصلی استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر برای تولید برق می‌توان به کم‌بودن ولتاژ خروجی نیروگاه‌های تولید برق با انرژیهای نو اشاره کرد. بنابراین جهت بهره‌گیری کارآمدتر از انرژیهای تجدیدپذیر طراحی یک مبدل با ضریب بهره بالاتر و راندمان بیشتر از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این مقاله یک ساختار جدید ارائه شده که هم‌زمان با داشتن یک مبدل افزاینده، تلفات ناشی از کلیدزنی نرم نسبت به روش‌های مرسوم به حداقل رسانده می‌شود. همچنین بر اساس روش ارائه‌شده تنش ولتاژ روی دیودها و کلیدها در حد قابل قبول محدود می‌شود. یک مبدل افزاینده ساده می‌تواند به کمک اضافه‌کردن یک شاخه موازی با ایجاد تشدید سری تا حد قابل ملاحظه‌ای ولتاژ خروجی را افزایش دهد و هم‌زمان کلیدزنی در ولتاژ صفر را ممکن سازد. مبدل پیشنهادی بدون اضافه‌کردن قطعه فعال به مبدل و با ساختار ساده
غیر ایزوله در توان 500 وات و ولتاژ 385 ولت دارای ضریب بهره ولتاژ حدود 8/10 و راندمان بیشتر از 93% است. نتایج شبیه‌سازی عملکرد مبدل پیشنهادی را برای حالت‌های عملکردی مختلف نشان می‌دهد.
کليدواژه: منابع انرژی نو، مبدل افزاینده، تشدید سری، ضریب بهره ولتاژ، کلیدزنی نرم.
1- مقدمه
تا کنون مطالعات فراوانی برای کنترل و استفاده بهینه از اساسی‌ترین منابع تولید انرژی یعنی انرژیهای تجدیدپذیر انجام شده ولی همچنان یکی از چالش‌های اصلی پژوهشگران مباحث الکترونیک قدرت است [1] و [2]. یکی از نیازها که نسبت به سایر خواسته‌ها از اهمیت بیشتری برخوردار است، تولید نیروی برق از انرژیهای نو است زیرا نیروگاه‌ها بر پایه انرژیهای تجدیدپذیر علاوه بر ارزان و در دسترس بودن، کاملاً با محیط زیست سازگار بوده و علاوه بر این پایان‌ناپذیر هستند [3] و [4]. از معایب اصلی این نیروگاه‌ها می‌توان به پایین‌بودن سطح ولتاژ خروجی تجهیزات تبدیل‌کننده انرژیهای نو به انرژی الکتریکی اشاره کرد. بهترین روش برای برطرف‌کردن این مشکل استفاده از مبدلهای افزاینده DC/DC است [5] و [6]. این مبدل‌ها می‌توانند با داشتن ساختاری ساده و در عین حال دارابودن راندمان بالا و بهره‌بردن از یک ضریب بهره ولتاژ مناسب، خروجی قابل قبولی برای یک نیروگاه تولید انرژی الکتریکی بر پایه انرژیهای نو فراهم کنند. در نیروگاه‌ها بر پایه انرژیهای نو، یک مبدل DC/DC بعد از ورودی وجود دارد که ولتاژ DC خروجی منبع انرژی (نیروگاه بر پایه انرژی نو) را تا حد مورد نیاز باس DC افزایش می‌دهد. مبدلهای DC/DC از نظر ایزولاسیون به دو دسته تقسیم می‌شوند. در مبدلهای غیر ایزوله یا از تزویج مغناطیسی استفاده نمی‌شود و یا به صورت ساختارهایی که ارتباط الکتریکی بین ورودی و خروجی همیشه برقرار است، مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد [7] و [8]. یکی از ساختارهایی که می‌توان آن را به عنوان حالت بهینه در نظر گرفت، ساختار غیر ایزوله با تزویج مغناطیسی است [9] و [10]. ساختار تزویج مغناطیسی سلف اصلی با سلفی دیگر به صورت فلای‌بک نیز از دیگر ساختارهای پیشنهادی برای مبدل‌ها است. محدودیت توان و ضریب بهره ولتاژ باعث گردید تا ساختارهای کامل‌تری مانند استفاده از ساختارهای چند برابر کننده دیود- خازنی مورد توجه قرار گیرد [11] و [12]. در سالهای اخیر جهت بهبود ساختارهایی با تزویج مغناطیسی بین سلف اصلی مبدل و سلف اضافه‌شده در خروجی مطالعات گسترده‌ای انجام شده است. از جمله این ساختارها می‌توان به ساختارهایی بر همین اساس به همراه مدار کلمپ اشاره کرد. این استراتژی خود شامل ساختارهای متعددی مانند مدار کلمپ، دو سر سلف اصلی بدون قطعه فعال [13]، با اضافه‌کردن کلید برای افزایش ضریب بهره [14] و ساختار مدار کلمپ موازی غیر فعال خروجی [15] می‌شود. این ساختار به اینجا محدود نشده و طرح‌هایی همچون استفاده از مدار کلمپ موازی به همراه ساختار چند برابر کننده دیود- خازنی نیز ارائه گردیده است [16]. حتی با اضافه‌کردن چند طبقه افزاینده ولتاژی غیر فعال [17]، بهره‌بردن از مدار کلمپ فعال موازی و افزاینده ولتاژ دیود- خازنی روی سلف خروجی [18] و افزودن ساختارهای اضافی جهت کلیدزنی نرم [19] و یا قراردادن افزاینده‌های ولتاژ برای هر یک از سلف‌های مبدل نیز نتوانسته به خواسته‌های مورد نظر در تمام زمینه‌ها برسد. در راستای بهبود مبدلهای با تزویج مغناطیسی غیر ایزوله ساختارهای ترکیبی شامل یک مبدل بوست تزویج‌شده با یک مبدل فلای‌بک ساده جالب به نظر می‌رسد، ولی هنوز انتقال توان محدود و مشکل ناپیوستگی جریان که ذات مبدلهای بوست و فلای‌بک است، وجود دارد. هرچند این ساختار با افزودن چند برابر کننده‌های ضریب بهره ولتاژی دیود- خازنی مرسوم، به ولتاژهای مورد نظر نزدیک می‌شوند [20] اما سایر خواسته‌ها هنوز قابل دستیابی نیستند.
در ادامه می‌توان طرح‌های کامل‌تری که از ساختار پایه سلف تزویج در
شکل 1: مدار مبدل پیشنهادی.
خروجی، البته به صورت دو طبقه، که هر طبقه نیم موج را تقویت می‌کند [21] به همراه مدارات کلمپ با همین ساختار ولی با بهره‌گیری از یک مبدل فلای‌بک به عنوان یکی از طبقات را مورد توجه قرار داد [22]. با حفظ همین ساختار دستیابی به مبدلی که در ضمن داشتن یک ضریب بهره ولتاژ مناسب، پیوستگی جریان خروجی را نیز تضمین کند دور از انتظار نیست. برای رسیدن به این هدف می‌توان به جای مبدل فلای‌بک یادشده از یک مبدل فلای پیشرو استفاده کرد [23] و حتی این مبدل را با اضافه‌کردن چند برابر کننده‌های ولتاژ مرسوم ارتقا داد [24]. حال که بحث ضریب بهره ولتاژ و پیوستگی جریان به نقطه نسبتاً مناسبی رسید، زمان برطرف‌کردن محدودیت توان انتقالی فرارسیده است. به راحتی می‌توان با موازی‌کردن دو مبدل بوست توان انتقالی را افزایش داد و یا در عین حال با یک تقسیم توان مناسب بین هر مسیر به کمک کلیدزنی تا حد زیادی مشکلات مربوط به جریان هجومی را بهبود بخشید [25] و
یا حتی همین ساختار را به صورت یک مبدل ساده ولی کاربردی مشابه تمام پل [26] ارائه کرد. در این مبدل‌ها به کمک اضافه‌کردن قطعه‌های غیر فعال و فعال می‌توان به سمت کلیدزنی نرم هم حرکت کرد [27] و همین طور با تزویج دو مسیر به ساختارهایی با تزویج مغناطیسی با جریان پیوسته و بهره ولتاژی مناسب و انتقال توان بالا دست یافت [28] و یا پا را فراتر گذاشته و ترکیبی از این مبدل و مبدلهای موسوم به چندسطحی را پیشنهاد کرد [29] و بعد هم با سری‌کردن چندین مبدل از هر کدام از
این ساختارها [30] و یا ترکیب مبدل چندسطحی با یک مبدل بر پایه شاخه‌های موازی و استفاده از یک مدار کمکی برای کلیدزنی نرم [31] طرح‌های فراوانی ارائه کرد و همواره ساختارهای دو مبدل بوست مجزای سری‌شده [32] یا مبدل بوست سه‌سطحی با ساختار کلید غیر فعال [33] و یا مبدل سری‌شده سه‌سطحی با کلیدزنی در ولتاژ صفر با مدار کمکی فعال را نام برد [34]. اکنون می‌خواهیم به بررسی دقیق‌تر مبدلهای غیر ایزوله با بهره‌گیری از ساختارهای فلای‌بک و فلای پیشرو و همچنین استفاده از سری‌کردن خازن‌های خروجی چند مبدل یادشده برای رسیدن به ضریب بهره ولتاژ بالا بپردازیم. مبدل بوست ساده‌ای را در نظر بگیرید که سلف اصلی آن به صورت تزویج با یک سلف با جهت پیچش عکس قرار گرفته است. این امر موجب می‌شود که سلف اصلی خازن مبدل اصلی و سلف تزویج خازن مبدل فلای‌بک را شارژ کند، حال سری قرار گرفتن این
دو خازن طرح جالبی به نظر می‌رسد [35]. همین ساختار را می‌توان با بهره‌بردن از چند سلف اصلی به صورت موازی برای افزایش توان مبدل و هم‌زمان تزویج چند سلف به صورت فلای‌بک و سری‌ساختن تمام خازن‌های خروجی همه مبدل‌ها مورد توجه قرار داد [36]. برای ساختارهای مشابه که از تزویج با یک مبدل فلای‌بک بهره می‌برند، دو برابر کننده ولتاژ غیر فعال در سمت مبدل فلای‌بک جالب به نظر می‌رسد [37]. اگر همچنان به دنبال افزایش ضریب بهره ولتاژ باشیم، می‌توانیم از ساختارهای بوست آبشاری و ترکیبشان با مبدل تزویج‌شده فلای‌بک بهره ببریم [38] و [39]. مبدل بوست با ضریب بهره و راندمان بالا خواسته طرح‌حای است که با ترکیب یک مبدل بوست و استفاده از تزویج و پدیدآوردن یک مبدل فلای پیشرو با یک سلف مجزا و داشتن مدار کلمپ کمکی در ورودی و همچنین داشتن توانایی کلیدزنی نرم با همین سلف اضافه‌شده نیز یکی از کامل‌ترین ساختارهای این دسته از مبدلهای افزاینده به شمار می‌آید [40] و [41]. مبدلهای افزاینده‌ای که امروزه در نیروگاه‌های بر پایه انرژی نو مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند، می‌توانند با پوشش‌دادن چند ورودی متفاوت کارایی ساختار را تا حد زیادی بهبود بخشند [42] و [43]. از همین دست مبدل‌ها می‌توان به ساختارهایی با امپدانس ورودی خاص که به ساختارهای Zsource شناخته می‌شوند که امروزه زیاد مورد توجه قرار دارند اشاره کرد [44]. طراحی مبدلهای آبشاری با حفظ پیوستگی جریان نیز از ساختارهای جذاب و پرکاربرد در این زمینه است [45].
اخیراً به کمک اضافه‌کردن افزاینده‌های غیر فعال (دیود- خازنی) به مبدل افزاینده با ساختار دو سلف موازی در ورودی [46] و [47] و همچنین بررسی مبدل‌هایی با توانایی افزایش ولتاژ به کمک ساختار دو کلید موازی و خازن کلیدشونده [48] و [49] و طرح‌هایی که فقط پیوستگی جریان در آن هدف اصلی بوده [50] و [51] در حال بهینه‌شدن هستند.
در این مقاله با در نظر گرفتن تمام خواسته‌های مبدل افزاینده DC/DC یک ساختار جدید با ضریب بهره ولتاژ بالا هم‌زمان با حفظ بهره‌وری مدار در عین انتقال توان بالا به کمک کلیدزنی نرم با حداقل قطعه ممکن پیشنهاد شده است. در این مبدل نیاز به ساختارهای کمکی نیست و کمترین قطعه فعال یعنی یک کلید به کار برده شده و همچنین از هر گونه پیچیدگی در قسمت‌های قدرت و بخش کنترل پرهیز شده است. طراحی و نتایج شبیه‌سازی برای یک نمونه 500 وات با ولتاژ ورودی 36 ولت و خروجی 380 ولت (ضریب بهره ولتاژ بیش از 10) ارائه شده که بازده آن بیشتر از 93% است. ساختار مقاله به این شرح است: در قسمت دوم مقاله ساختار مبدل پیشنهادی بر پایه مبدل افزاینده غیر ایزوله ارائه شده و در قسمت سوم حالت‌های کاری مبدل در چهار حالت عملکردی همراه با روابط هر حالت بیان گردیده است. در قسمت چهارم بر اساس حالت‌های عملکردی مبدل پیشنهادی، عملکرد پایدار مبدل بررسی شده است. در قسمت پنجم طراحی مبدل و در قسمت ششم نتایج شبیه‌سازی آمده است. در قسمت هفتم نتایج عملی نمونه آزمایشگاهی مبدل ساخته‌شده آمده و نهایتاً در قسمت هشتم نتیجه‌گیری نهایی مقاله بیان شده است.
2- ساختار مبدل پیشنهادی
یک ساختار جدید بر پایه مبدل افزاینده غیر ایزوله با سلف تزویج و کلید سخت برای کلیدزنی در ولتاژ صفر ارائه گردیده که در آن طراحی مناسب و کاربردی برای به حداقل رساندن تلفات کلیدزنی انجام شده است.
مدار مبدل پیشنهادی در شکل 1 نشان داده شده است. در این ساختار یک مبدل غیر ایزوله با تزویج تمام پل دیود- خازنی در خروجی، یک
شکل 2: موج‌های کلی مدار مبدل پیشنهادی.
ضریب بهره ولتاژی مناسب با یک نسبت تبدیل کم بین دو سلف تزویج و دوره کاری محدود کلید، ساختار قابل قبولی از نظر ضریب بهره ولتاژ را ارائه کرده است. در ادامه چون ساختار تزویج غیر ایزوله توان انتقالی تا حدی با محدودیت مواجه است، به کمک اضافه‌کردن شاخه‌ای موازی به این ساختار بدون اضافه‌کردن کلید فعال مشکل تأمین توان و تقسیم جریان بین دو سلف تا حد زیادی برطرف شده است. ولی چون جریان عبوری هر دو شاخه موازی به طور هم‌زمان از کلید در لحظه روشن‌شدن عبور می‌کند، به یک ساختار کلیدزنی نرم نیاز است. نکته مهم در لحظه روشن‌شدن کلید است که دیود سری‌شده با کلید خاموش است و اجازه برقرارشدن جریان در شاخه تشدیدی را در لحظه اول که تنش ولتاژی روشن‌شدن روی کلید زیاد است نمی‌دهد و تا حد زیادی از عبور هم‌زمان جریان دو شاخه از کلید جلوگیری می‌کند و در حقیقت به نوعی جریان هجومی سلف‌ها را تعدیل می‌کند.
از نوآوری‌های این ساختار می‌توان به اجرایی‌بودن کلیدزنی نرم با استفاده از یک ساختار تشدیدی بسیار ساده ولی در عین حال کاربردی بین سلف غیر تزویج و یک خازن که با آن به صورت سری قرار گرفته اشاره کرد. ساختار پیشنهادی بدون اضافه‌کردن کلید قدرت توانسته در ساختار رزونانسی را ممکن سازد و آن هم با استفاده از سلف ساختار اصلی و با خازن به نسبت کوچک و به کمک دیود سری با کلید از عبور جریان هم‌زمان دو سلف از کلید در لحظه روشن‌شدنش جلوگیری کرده که در افزایش توان انتقالی مبدل نقش بسزایی ایفا کرده است.
در زمان روشن‌بودن کلید با ایجاد ولتاژ صفر کلید سخت مناسبی ایجاد می‌کند. از طرفی چون در مدت زمان روشن‌بودن کلید دو سر خازن تشدید اتصال کوتاه است، این خازن به صورت کامل دشارژ شده و ولتاژ آن برابر صفر گردیده است. با توجه به این که ولتاژ خازن پرش ندارد، در لحظه خاموش‌شدن کلید نیز می‌توان از خاصیت ولتاژ صفر برای به حداقل رساندن تلفات کلیدزنی ناشی از ولتاژ دو سر کلید در لحظه خاموشی استفاده کرد و یکی از بهترین کلیدزنی‌های نرم انجام شود. از مزایای دیگر این مبدل می‌توان به کم‌بودن تنش ولتاژ روی دیودها و کلید اشاره کرد و می‌توان بیان کرد که نسبت به طرح‌های غیر ایزوله، یکی از ساختارهای عالی غیر ایزوله از نظر کم‌بودن تنش ولتاژ روی کلید در ساختار تک‌کلیده است. در شکل 2 نمونه‌ای کلی از شکل موج‌های ولتاژ و جریان‌های اصلی مبدل در حالت‌های مختلف عملکرد کلید مورد به صورت پیش‌بینی قرار گرفته است.
شکل 3: مدار مبدل پیشنهادی در بازه زمانی 
الی 
.
3- حالت‌های کاری مبدل
مدار مبدل پیشنهادی بر اساس روشن و خاموش‌شدن کلید و دیودها دارای چند حالت عملکردی است که در این قسمت به آنها اشاره می‌شود. در حالت‌های مختلف 
دوره کاری کلید و 
نسبت تبدیل دو سلف تزویج‌شده در نظر گرفته می‌شود.
3-1 حالت اول در محدوده زمانی 
حالت اول مطابق شکل 3 در محدوده زمانی 
الی 
کار می‌کند. در این حالت کلید و دیود 
روشن و دیودهای 
، 
، 
و 
خاموش هستند. در بازه زمانی در این حالت سلف 
و 
در حال شارژ هستند. سلف 
که در این زمان به همراه دیود به صورت پیشرو هستند و به کمک خازن‌های 
و 
انرژی لازم بار را تأمین می‌کنند. در این بازه زمانی خازن 
و سلف در تشدید سری هستند.
اگر سلف ورودی شاخه تزویج، سلف ورودی شاخه تشدیدی، خازن تشدید و سلف ثانویه تزویج باشند با فرض این که ولتاژ ورودی 
است، روابط زیر در این حالت برقرار است
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
شکل 4: مدار مبدل پیشنهادی در بازه زمانی الی 
.
(9)
(10)
(11)
(12)
3-2 حالت دوم در محدوده زمانی 
در حالت دوم کلید و دیودهای و روشن و دیودهای ، و خاموش هستند. همان طور که در شکل 4 نشان داده شده است در این حالت سلف و در حال شارژ هستند. همچنین سلف در این زمان به همراه دیود به صورت پیشرو بایاس شده و به همراه خازن‌های و انرژی لازم بار را تأمین می‌کنند. با توجه
به ساختار مدار و نحوه بایاس قطعه‌ها و با توجه به حالت 1 روابط زیر برقرار است
(13)
(14)
(15)
(16)
در زمان روشن‌شدن کلید چون خازن به طور موازی دو سر کلید قرار گرفته و ولتاژ دو سر آن برابر صفر شده و این ولتاژ نمی‌تواند پرش داشته باشد، پس اجازه افزایش ناگهانی به ولتاژ دو سر کلید را نمی‌دهد. همین امر به کلیدزنی نرم و کاهش تلفات کلیدزنی در لحظه خاموش‌شدن با کلیدزنی در ولتاژ صفر کمک شایانی می‌کند. در این حالت ولتاژ معکوس دو سر دیودهای خاموش همان طور که از مدار مربوط به این حالت مشخص است، دقیقاً برابر حالت 1 خواهد بود.
شکل 5: مدار مبدل پیشنهادی در بازه زمانی الی 
.
3-3 حالت سوم در محدوده زمانی 
با رسیدن به لحظه 
کلید خاموش شده و به دنبال آن دیودهای و خاموش و دیودهای ، و روشن می‌شوند و مدار به صورت نشان داده شده در شکل 5 تبدیل می‌شود. در این حالت یعنی در بازه زمانی 
، می‌توان روابط ولتاژ خازن و جریان سلف‌های 
، 
و 
را به صورت زیر تعیین کرد
(17)
(18)
(19)
(20)
(21)
(22)
در این حالت علاوه بر شارژ خازن‌های و که در حال شارژ هستند، بار نیز تأمین می‌شود که این امر بیانگر و تأییدکننده ادعای پیوستگی جریان بار در ساختار پیشنهادی است.
3-4 حالت چهارم در محدوده زمانی 
در این حالت کلید و دیودهای ، و خاموش هستند و اتصال الکتریکی مدار به صورت مدار نشان‌داده در شکل 6 است. همان طور که دیده می‌شود، دیودهای و روشن هستند و بار را تأمین می‌کنند. در این بازه زمانی تشدید بین سلف و خازن شاخه‌ای که به عنوان شاخه تشدید در نظر گرفته شده ایجاد می‌شود و با بهره‌بردن از این خاصیت می‌توان روشن‌شدن کلید در ولتاژ صفر را امکان‌پذیر کرد. ولتاژ سلف به صورت (13) خواهد بود و به خوبی می‌توان دید که مدار برای سایر قطعه‌ها عملکردی دقیقاً شبیه به حالت 1 دارد و به همین دلیل روابط مداری نیز کاملاً مشابه حالت 1 است. بر اساس مطالب بیان‌شده و در نظر گرفتن روابط و تحلیل شکل 1 خواهیم داشت
شکل 6: مدار مبدل پیشنهادی در بازه زمانی الی 
.
(23)
از طرفی با توجه به (1) تا (16) برای خازن‌های خروجی ، 
و می‌توان نوشت
(24)
(25)
(26)
4- بررسی حالت ماندگار
با توجه به بررسی حالت‌های عملکردی مبدل پیشنهادی، ضریب بهره ولتاژ 
برابر است با
(27)
همان طور که در رابطه بالا مشخص است، مبدل پیشنهادی با وجود نسبت تبدیل کم و دوره کاری محدود، ضریب بهره ولتاژ مناسبی دارد. در مبدلهای غیر ایزوله به علت ارتباط الکتریکی مستقیم با خروجی، معمولاً با افزایش ضریب بهره و بالارفتن ولتاژ خروجی، تنش ولتاژ روی قطعه‌ها، مخصوصاً روی کلید افزایش چشم‌گیری دارد. به همین دلیل در مبدلهای افزاینده، علاوه بر ضریب بهره ولتاژ، یک پارامتر حیاتی که بسیار مورد توجه است، داشتن کمترین تنش ولتاژ روی قطعه‌های مدار مخصوصاً کلیدها و دیودها در زمان خاموشی این قطعه‌ها است. در صورت عدم توجه به این پارامتر باید از قطعه‌های با ولتاژ شکست معکوس بالا استفاده کرد. استفاده از ادوات با ولتاژ شکست معکوس بالا به شدت در راندمان و بهره‌وری مبدل تأثیر منفی دارد. ولتاژ شکست معکوس کلید و دیودها به صورت زیر قابل محاسبه و پیش‌بینی هستند
(28)
(29)
(30)
(31)
(32)
بر اساس خواسته‌های طراح از نظر توان و خصوصیات مورد انتظار
در حالت بارداری از جمله ریپل ولتاژ خازن خروجی و همچنین ریپل جریان خروجی در زمان بارداری سیستم، سلف‌ها و خازن‌های مبدل طراحی می‌شود
(33)
که در آن نسبت تبدیل، دوره کاری، 
بیشترین جریان ورودی، ولتاژ خروجی، 
فرکانس کلیدزنی و 
تغییرات جریان سلف است. برای محاسبه خازن‌های خروجی نیز داریم
(34)
(35)
که در آن 
ریپل ولتاژ خروجی است. با بررسی روابط بالا دیده می‌شود که در ساختار پیشنهادی تنش جریانی روی دیودها در محدوده قابل قبولی است. همچنین از مزایای این مبدل تنش ولتاژ کم روی کلید است. همچنین رابطه فوق نشان می‌دهد که میزان تنش ولتاژ روی کلید همواره خیلی کمتر از نصف ولتاژ خروجی است و در درصدی از ولتاژ خروجی است. به عبارت بهتر این ولتاژ همیشه کمتر یا برابر ولتاژ خروجی است. با توجه به روابط بیان‌شده این میزان تنش ولتاژ روی کلید برای یک مبدل افزاینده غیر ایزوله، یک برتری نسبی محسوب می‌شود. برای طراحی سلف نیز با توجه به یک مبدل بوست ساده خواهیم داشت
(36)
(37)
با توجه به روابط بیان‌شده، می‌توان روابط مربوط به تنش جریان کلید و دیودها را بر حسب جریان خروجی به صورت زیر بیان کرد
(38)
(39)
(40)
(41)
(42)
برای محاسبه بازده تمام تلفات مدار به صورت کلی و مجموع در نظر گرفته شده است. به عبارت دیگر در قسمت شبیه‌سازی به کمک محاسبه نسبت توان متوسط خروجی به توان متوسط ورودی پس از پایداری مدار بازده به دست آورده شده است. رابطه (43) مربوط به محاسبه بازده مدار
[1] اين مقاله در تاريخ 20 تیر ماه 1399 دريافت و در تاريخ 1 فروردین ماه 1400 بازنگري شد.
امید شریفیانا، دانشکده مهندسی برق، واحد نجفآباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجفآباد، ایران، (email: omidsharifiyana@yahoo.com).
مجید دهقانی (نویسنده مسئول)، دانشکده مهندسی برق، واحد نجفآباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجفآباد، ایران، (email: dehghani@pel.iaun.ac.ir).
غضنفر شاهقلیان، دانشکده مهندسی برق، واحد نجفآباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجفآباد، ایران، (email: shahgholian@iaun.ac.ir).
سید محمدمهدی میرطلایی، دانشکده مهندسی برق، واحد نجفآباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجفآباد، ایران، (email: mirtalaei.iaun@gmail.com).
مسعود جباری، دانشکده مهندسی برق، واحد نجفآباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجفآباد، ایران، (email: jabbari.masoud@gmail.com).
جدول 1: مقایسه پارامترهای اساسی چند مبدل با ساختار پیشنهادی.
ساختار | تعداد کلید | بهره ولتاژ | تنش ولتاژ روی کلید | کلیدزنی نرم | مقدار تقریبی تنش ولتاژی روی کلید (ولت) | ولتاژ ورودی/ ولتاژ خروجی (ولت) | فرکانس کلیدزنی (کیلوهرتز)/ نسبت توان (وات) | حداکثر بازده (درصد) |
مبدل با سلف تزویج‌شده خروجی با مدار کلمپ [52] | 1 |
|
| - | 600 | 400/75 | 1000/100 | 3/92 |
مبدل با سلف تزویج‌شده خروجی و مدار کلمپ فعال [53] | 2 |
|
| در لحظه روشنی | 800 | 400/40 | 200/66 | 92 |
مبدل ترکیبی با ساختار فلای‌بک [54] | 1 |
|
| - | 300 | 380/75 | 300/100 | 4/92 |
مبدل پیشنهادی | 1 |
|
| در لحظه روشنی تشدید و خاموشی با اسنابر | 200 | 385/36 | 500/100 | 25/93 |
می‌باشد که نشان می‌دهد کلیه تلفات المان‌ها و حتی نشتی سلف‌ها مد نظر قرار گرفته است
(43)
با توجه به مطالب بیان‌شده، چنین به نظر می‌رسد که مبدل پیشنهادی، نسبت به مبدل‌هایی که بر پایه ساختار غیر ایزوله ارائه شده‌اند، از نظر ضریب بهره ولتاژ و همچنین تنش ولتاژ روی کلید با توجه به تعداد کلیدها، مبدل مناسبی است. این مطلب به صورت مقایسه با چند مبدل غیر ایزوله که اساس طراحی بسیاری از مبدل‌ها هستند، از نظر ضریب بهره ولتاژ، توان انتقالی، تنش ولتاژ روی کلید، تعداد کلید و کلیدزنی نرم در جدول 1 نشان داده شده است. از مهم‌ترین مباحث در طراحی یک مبدل بررسی قابلیت اطمینان ساختار است. قابلیت اطمینان در یک ساختار مربوط به دو حالت تأمین ولتاژ خروجی و کیفیت این ولتاژ است. در مبدلهای افزاینده عمدتاً می‌توان با چند لایه کردن ساختار، قابلیت اطمینان را بهبود داد. چند لایه کردن ساختار با پیچیدگی‌هایی نیز همراه است، به خصوص از نظر کنترلی و افزایش المان‌ها. مبدل‌ها با ساختاری شامل توازی دو یا چند ساختار نیز تا حد زیادی از نظر قابلیت اطمینان بهبود می‌یابند. در مدار پیشنهادی یکی از موارد بسیار مهم که در مبحث قابلیت اطمینان اهمیت دارد، تضمین عملکرد این مبدل در ناحیه مشخص‌شده خط بار برای داشتن کلیدزنی نرم است.
ساختارهای اینچنینی باید به صورت حلقه بسته مورد توجه و تحلیل قرار گیرند که در این مقاله مورد نظر نبوده است و دقیقاً در ادامه تحقیقات و مباحث آینده مورد بررسی قرار می‌گیرد. از همین رو برای ساده‌سازی ساختار مد نظر و حفظ و تأیید کلیدزنی نرم در ساختار پیشنهادی که به صورت حلقه باز طراحی و ساخته شده با ثابت در نظر گرفتن بار از این تأثیرات چشم‌پوشی شده است.
5- طراحی مبدل
در این قسمت یک مبدل 500 وات با ولتاژ ورودی 36 ولت بر اساس روابط بیان‌شده طراحی می‌گردد. اگر برابر 2 در نظر گرفته شود و دوره کاری برابر 71/0 انتخاب گردد، ضریب بهره ولتاژ برابر است با
(44)
علاوه بر ضریب بهره، محاسبه سلف و خازن مبدل با توجه به نیازهای مدار بسیار حایز اهمیت است. از این رو می‌توان نوشت
(45)
بنابراین بر اساس رابطه 
ضریب بهره ولتاژ مبدل برابر 84/10 است. با ضرب عدد فوق در ولتاژ ورودی، مقدار ولتاژ 390 ولت که اندازه حالت نظر به عنوان خروجی یک نیروگاه است، تعیین می‌شود. برای محاسبه ولتاژ خروجی به کمک ولتاژ تک‌تک خازن‌های خروجی، ابتدا ولتاژ هر یک از خازن‌های خروجی به صورت زیر تعیین می‌شود
(46)
با مشخص‌بودن ولتاژ هر یک از خازن‌ها، ولتاژ خروجی برابر خواهد شد با
(47)
در این طراحی بار مقاومتی خالص در نظر گرفته شده و با توجه به این که مبدل 500 وات طراحی شود، از رابطه توانی زیر برای محاسبه مقاومت بار استفاده می‌شود
شکل 7: مدار مبدل پیشنهادی در نرم‌افزار پی‌اسپایس.
(48)
در پایان طراحی مبدل تنش ولتاژ کلید برابر است با
(49)
6- نتایج شبیه‌سازی
در این قسمت با استفاده از نرم‌افزار پی‌اسپایس رفتار مبدل برای بررسی درستی روابط طراحی شبیه‌سازی شده است.
ابتدا با استفاده از دو سلف تزویج‌شده (که به صورت مدل ایده‌آل به اضافه سلف نشتی ارائه شده است) شاخه اول و به کمک یک سلف و خازن سری، شاخه دوم مدل می‌شود. نکته قابل توجه در این طراحی کوچک‌بودن خازن تشدید است که در بحث تلفات تأثیر مهمی دارد.
شکل 7 مدار مبدل پیشنهادی در نرم‌افزار پی‌اسپایس را نشان می‌دهد. در این مدار با استفاده از یک سلف و خازن، شاخه تشدید مطابق ساختار پیشنهادی پیاده‌سازی می‌شود که علاوه بر فراهم‌کردن یک شرایط مناسب برای کلیدزنی نرم در تأمین بار نیز کمک شایانی می‌کند. شاخه تزویج‌شده علاوه بر یک مبدل بوست ورودی، یک مبدل تمام پل در خروجی تشکیل داده و هم‌زمان با بهبود ضریب بهره ولتاژ، نقش مؤثری در پیوستگی جریان نیز دارد. در مجموع می‌توان بیان کرد که در این ساختار با وجود سادگی و کاربردی‌بودن، مزایای مهمی مانند ضریب بهره ولتاژ مناسب، بازده بالا و تنش کم روی کلید و دیودها نسبت به بیشتر ساختارهای مشابه دارد.
یکی از دلایل محدودیت در توان انتقالی مبدل با یک کلید، عبور جریان دوشاخه در لحظه روشن‌شدن کلید است. در ساختار پیشنهادی با توجه به عدم هم‌زمانی جریان‌کشی لحظه اول توسط هر دو سلف تا حد زیادی به کاهش فشار جریانی روی کلید کمک شده است. این توانایی به دلیل خاموش‌بودن دیود سری با کلید در لحظه روشن‌شدن کلید به دست می‌آید. انعطاف‌پذیری برای کاربردهای مختلف از نیروگاه‌های خورشیدی تا نیروگاه‌های ترکیبی پیل سوختی/ باتری در مدار پیشنهادی حالت نظر قرار گرفته است.
شکل موج‌های ولتاژ خازن‌های ، و و ولتاژ خروجی که برابر مجموع ولتاژ هر سه خازن است، به ترتیب در شکل‌های 8 و 9 نشان داده شده است. جمع‌شدن ولتاژ هر سه خازن خروجی که به صورت سری قرار گرفته‌اند، ولتاژ خروجی بالا با کمترین تنش ولتاژ ممکن روی کلید را ممکن می‌سازد. در مبدل پیشنهادی سعی شده به کمک تقسیم ولتاژ خروجی بین سه خازن، علاوه بر کاهش تنش جریانی روی خازن‌های خروجی، تنش ولتاژ روی کلید در حد قابل قبولی باشد. کم‌بودن تنش ولتاژ روی کلید کمک می‌کند از کلید با ولتاژ شکست معکوس کمتر استفاده شود. کلید با ولتاژ معکوس شکست کمتر، مقاومت درین- سورس کمتری دارد که این نشان‌دهنده تلفات هدایتی کمتر است.
نمودار جریان سلف‌های اولیه و ثانویه تزویج‌شده در شکل 10 و تغییرات جریان سلف تشدید در شکل 11 نشان داده شده است.
تشدید بین سلف و خازن شاخه تشدیدی و کلید سخت با توجه به شکل موج ولتاژ خازن تشدید که در شکل 12 آمده است، نشان می‌دهد که در لحظه روشن‌شدن کلید ولتاژ خازن تشدید در حال عبور از صفر است.
در شکل 13 ولتاژ اعمالی به گیت کلید نشان داده شده است. با مقایسه ولتاژ گیت کلید با ولتاژ دو سر خازن تشدید، همان هدف اصلی ساختار پیشنهادی، یعنی کلیدزنی در ولتاژ صفر قابل مشاهده است. در شکل 14 نیز ولتاژ دو سر کلید، ولتاژ دو سر دیودهای خروجی، ، ، و نشان داده شده است.
در این مبدل همان طور که از شکل موج‌های مربوط به گیت کلید
و ولتاژ دو سر کلید (ولتاژ خازن تشدید) به خوبی مشخص است، زمان روشن‌شدن کلید دقیقاً هم‌زمان با لحظه عبور از صفر ولتاژ خازن تشدید است، بنابراین کلیدزنی در ولتاژ صفر انجام شده است. با دقت در شکل موج گیت کلید و شکل موج خازن تشدید در نتایج شبیه‌سازی مشاهده می‌شود که کلید فقط در لحظه روشنی از این مزیت بهره می‌برد. ولی با کمی دقت مشخص می‌شود که با روشن‌شدن کلید، دو سر خازن تشدید اتصال کوتاه شده و این خازن به صورت کامل دشارژ می‌شود. دشارژ خازن
(الف)
(ب)
(ج)
شکل 8: ولتاژ خازن‌ها، (الف) ولتاژ خازن 
، (ب) ولتاژ خازن 
و (ج) ولتاژ خازن 
.
شکل 9: ولتاژ خروجی.
تشدید به معنی صفرشدن ولتاژ دو سر این خازن است. در نتیجه در لحظه خاموش‌شدن کلید، چون ولتاژ خازن پرش ندارد، می‌توان دید کلید تقریباً در ولتاژ صفر خاموش می‌شود. بنابراین مبدل با ساختار ساده دارای چند مزیت مهم است که عبارتند از:
(الف)
(ب)
شکل 10: جریان سلف‌های اولیه و ثانویه تزویج‌شده، (الف) جریان سلف اولیه تزویج‌شده 
و (ب) جریان سلف ثانویه تزویج‌شده 
.
شکل 11: جریان سلف شاخه تشدید.
شکل 12: ولتاژ خازن شاخه تشدید.
الف) روشنی کلید در ولتاژ صفر به کمک تشدید (عبور از صفر ولتاژ در ساختار تشدیدی)
ب) خاموشی کلید در ولتاژ صفر به کمک خازن (خاصیت پیوستگی ولتاژ خازن)
شکل 13: ولتاژ گیت و خازن رزونانس.
(الف)
(ب)
(ج)
شکل 14: ولتاژ دو سر کلید و دیودهای خروجی، (الف) ولتاژ دو سر کلید، (ب) ولتاژ دو سر دیود 
و 
و (ج) ولتاژ دو سر دیود 
و 
.
شکل 15: بازده مبدل پیشنهادی.
شکل 16: ولتاژ خروجی بر حسب دوره کاری برای نسبت تزویج‌های مختلف.
ج) عدم شارژ هر دو سلف به صورت هم‌زمان در لحظه روشن‌شدن کلید به خاطر خاموش‌ماندن دیود سری با کلید و کاهش جریان هجومی عبوری از کلید در لحظه اول (کاهش جریان هجومی سلف‌ها می‌تواند تا حد زیادی در کم‌شدن ریپل جریان ورودی مفید واقع شود)
بازده این مبدل در شکل 15 نشان داده شده است. تمام نتایج به دست آمده با نسبت تزویج 
است. بررسی تأثیر دوره کاری و نسبت تزویج روی ولتاژ خروجی یا به عبارت بهتر مقایسه ضریب بهره ولتاژ بر اساس افزایش دوره کاری با نسبت تزویج‌های متفاوت در شکل 16 نشان داده شده است.
7- ساخت نمونه آزمایشگاهی
در این قسمت برای بررسی نتایج شبیه‌سازی یک نمونه آزمایشگاهی از مدار پیشنهادی ساخته شده است. در اینجا این نکته شایان ذکر است که این ساختار به صورت حلقه باز ارائه شده و چندان در مورد قسمت کنترلی آن بحثی صورت نگرفته است. این ساختار به خاطر تحلیل با بار ثابت سعی شده در یک نقطه خاص رزونانسی تنظیم شود و در حالت حلقه بسته می‌توان به کمک ساختارهای قفل فاز به خوبی مبدل را با توجه به بار در نقطه رزونانسی مورد نظر تنظیم کرد.
بر اساس نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی و روابط بیان‌شده، طراحی دقیقی برای نمونه آزمایشگاهی انجام شده است. با توجه به این طراحی به کمک تزویج مغناطیسی بین یک سلف 75 میکروهانری و با ضریب تزویج که به معنی داشتن سلف ثانویه‌ای 300 میکروهانری است دو سلف و آماده شده است. سلف به عنوان مبدل تمام پل در خروجی ایفای نقش می‌کند. همچنین سلف 
در شاخه تشدید با خازن 1 نانوفاراد تشدید برقرار کرده و دو وظیفه مهم افزایندگی
شکل 17: مبدل پیشنهادی ساخته‌شده.
و کلیدزنی سخت را هم‌زمان انجام می‌دهد. در مدار ساخته‌شده از دیود 
که یک دیود سریع با ولتاژ شکست معکوس 250 ولت و با توان گذردهی جریان 40 آمپر است استفاده می‌شود. این دیود از نظر ولتاژ پیشرو که عمده میزان تلفات یک دیود را نشان می‌دهد، در حد قابل قبولی است 
. همچنین از کلید 
که یک ماسفت قدرت با ولتاژ شکست معکوس 250 ولت است، استفاده شده است. فرکانس کاری این مبدل 100 کیلوهرتز بوده و در توان 500 وات ساخته شده است. از سری‌کردن 3 باتری برای تهیه ولتاژ ورودی استفاده شده و خروجی 385 ولت را برای بار 300 اهم تأمین می‌کند که خود نشان‌دهنده ضریب بهره ولتاژ بیش از 8/10 است. مشخصات مبدل ساخته‌شده در جدول 2 آمده است.
شکل 17 ساختار نمونه آزمایشگاهی مبدل پیشنهادی را که در مرکز تحقیقات ریزشبکه‌های هوشمند دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجفآباد ساخته شده است نشان می‌دهد.
نمودارهای مربوط به ولتاژ خازن اول 
، ولتاژ خازن دوم 
و ولتاژ خازن سوم 
و همچنین ولتاژ خروجی مبدل پیشنهادی نمونه ساخته‌شده که به عنوان یکی از اصلی‌ترین پارامترهای یک مبدل افزاینده است، در شکل 18 نشان داده شده است. شکل موج ولتاژ خازن تشدید 
و ولتاژ گیت کلید در شکل 19 آمده که ادعای کلیدزنی در ولتاژ صفر را به طور دقیق نشان می‌دهد. در شکل 20 نیز ولتاژ دو سر کلید آمده که تنش ولتاژ روی کلید را نشان می‌دهد. این ولتاژ كه در بار نامی اندازه‌گیری شده و حداکثر مقدار خود را دارا می‌باشد.
مقایسه نتایج طراحی، شبیه‌سازی و ساخت در جدول 3 آمده است. همان طور که دیده می‌شود، همه مشخصات اصلی که یک مبدل را قابل استفاده می‌کند، برای مبدل پیشنهادی در این جدول آمده است. این جدول علاوه بر تأیید همه نتایج طراحی، شبیه‌سازی و عملی و مقایسه آنها در ساختار پیشنهادشده، توانایی‌های این مبدل از نظر توان انتقالی و ضریب بهره ولتاژ را به خوبی نمایش می‌دهد.
همان گونه که با مقایسه نتایج عملی و شبیه‌سازی شده به خوبی مشاهده می‌شود، مطابق با نتایج به دست آمده در لحظه روشن‌شدن کلید، جریان سلف‌ها در کمترین مقدار خود هستند و از این رو فشار چندانی
به کلید وارد نمی‌شود. در سمت مقابل در لحظه خاموش‌شدن کلید که
جدول 2: مشخصات مبدل پیشنهادی ساخته‌شده.
کمیت | مقدار | واحد |
ولتاژ ورودی | 36 | ولت |
ولتاژ خروجی | 383 | ولت |
توان خروجی | 500 | وات |
ضریب بهره ولتاژ | 7/10 | - |
مقاومت بار | 300 | اهم |
نسبت تبدیل | 2 | - |
دوره کاری کلید | 71/0 | - |
جدول 3: مقایسه نتایج طراحی، شبیه‌سازی و ساخت مبدل پیشنهادی.
|
|
|
|
| نتایج مبدل پیشنهادی |
84/10 | 390 | 142 | 72 | 176 | طراحی‌شده |
75/10 | 387 | 148 | 67 | 172 | شبیه‌سازی |
70/10 | 385 | 142 | 71 | 177 | نتایج ساخت |
سلف‌ها حداکثر جریان خود را دارند و تمایلشان به حفظ این جریان بر اساس خاصیت ذاتی سلف، یعنی پیوستگی جریان، اسپایک ایجادشده می‌تواند آسیب جدی به مبدل وارد کند و کلیدزنی نرم به شدت نیاز است. این امر به خوبی در لحظه صفرشدن ولتاژ دو سر کلید که در حقیقت همان لحظه عبور از صفر ولتاژ رزونانسی خازن است، امکان‌پذیر می‌باشد. در این قسمت می‌توان این امر را نیز مورد توجه قرار داد که بر اساس طراحی، شبیه‌سازی و نمونه ساخته‌شده ولتاژ هر خازن در محدوده قابل انتظار و با ریپل قابل قبول در توان مورد نظر است.
8- نتیجه‌گیری
بهترین روش برای حل مشکل سطح ولتاژ خروجی نیروگاه‌های مبتنی بر انرژیهای نو استفاده از مبدلهای افزاینده است. مهم‌ترین هدف در این مبدل‌ها داشتن یک ضریب بهره ولتاژ بالا هم‌زمان با داشتن بازده مناسب و کمترین تنش ولتاژ روی قطعه‌های مدار است. در این مقاله مدار پیشنهادی از یک مبدل بوست با سلف تزویج‌شده غیر ایزوله و یک شاخه موازی غیر تزویج تشکیل شده است. شاخه تزویج‌شده به کمک ساختار تمام پل خروجی علاوه بر افزایش ولتاژ، پیوستگی جریان خروجی را نیز ممکن ساخته است. شاخه غیر تزویج (شاخه تشدیدی) توانایی مدار را از نظر توان انتقالی بهبود بخشیده و عمل افزایندگی ولتاژ را نیز انجام داده است. شاخه تشدیدی با ایجاد کلیدزنی در ولتاژ صفر، تلفات کلیدزنی را به شدت کاهش داده است. دیودی که با کلید سری شده نیز چون با تأخیر زمانی مناسبی نسبت به کلید روشن می‌شود، کمک شایانی به مبدل از نظر طراحی در توان‌های بالا و همین طور کاهش جریان هجومی سلف‌ها در لحظه روشن‌شدن کلید می‌کند. این روش کلیدزنی نرم به خاطر سادگی از نظر طراحی، پیاده‌سازی و قابلیت اطمینان بالا بسیار کاربردی است. همچنین این روش توانایی تعمیم برای بسیاری از مبدلهای با ساختاری تقریباً مشابه را نیز دارد. در ساختار پیشنهادی با استفاده از ترکیب دو ساختار پرکاربرد با نسبت تزویج کم 
، حدود 30% تنش ولتاژی کلید نسبت به طرح‌های مشابه کاهش یافته است. این عمل در ضمن حفظ بهره ولتاژ بدون افزایش بیش از حد نسبت وظیفه که خود مشکلاتی به همراه داشت، امکان‌پذیر شد. از سوی دیگر با افزودن ساختار کلیدزنی نرم پیشنهادی بازده مبدل تا 1% نسبت به ساختارهای پایه مشابه افزایش
(الف)
(ب)
(ج)
(د)
شکل 18: (الف) ولتاژ خازن ، (ب) ولتاژ خازن ، (ج) ولتاژ خازن و (د) ولتاژ خروجی.
شکل 19: نمودار بالا ولتاژ خازن تشدید و نمودار پایین ولتاژ گیت سوییچ.
شکل 20: شکل موج ولتاژ درین- سورس سوییچ.
یافته است. پس می‌توان گفت مبدل پیشنهادی علاوه بر برآورده‌کردن خواسته‌های مرسوم و متداول با پیشنهاد ساختاری جدید همراه با حفظ ضریب بهره و بازده بالا به دنبال تنش ولتاژ پایین روی قطعه‌ها است. کلیدزنی نرم و افزایش توان انتقالی بدون اضافه‌کردن قطعه فعال، پیچیده‌کردن و یا چند طبقه کردن مبدل نیز دیگر دستاورد بسیار مهم این ساختار است. رفتار مبدل پیشنهادی با دقت فراوان بررسی، تحلیل، محاسبه، شبیه‌سازی و اجرا شده است.
مراجع
[1] G. Haghshenas, S. M. M. Mirtalaei, H. Mordmand, and G. Shahgholian, "High step-up boost-fly back converter with soft switching for photovoltaic applications," J. of Circuits, Systems, and Computers, vol. 28, no. 1, pp. 1-16, Jan. 2019.
[2] ا. بابائی، ا. عباس‌نژاد، س. علیلو و م. صباحی، "تحلیل، طراحی و شبیه‌سازی یک مبدل dc/dc کاهنده با کلیدزنی تحت ولتاژ و جریان صفر،" نشریه کیفیت و بهره‌وری صنعت برق ایران، سال 4، شماره 2، صص. 62- 49، پاييز و زمستان 1394.
[3] S. H. Mozafarpoor-Khoshrodi and G. Shahgholian, " Improvement of perturb and observe method for maximum power point tracking in wind energy conversion system using fuzzy controller," Energy Equipment and Systems, vol. 4, no. 2, pp. 111-122, Autumn 2016.
[4] K. Khani and G. Shahgholian, "Analysis and optimization of frequency control in isolated microgrid with double-fed induction-generators based wind turbine," J. of International Council on Electrical Engineering, vol. 9, no. 1, pp. 24-37, Feb. 2019.
[5] م. ر. بنائي و ح. اژدرفائقي بناب، "آنالیز عملکرد مبدل dc-dc کاهنده- افزاینده جدید با ضریب افزایندگی بالا برای کاربرد در سیستم خورشیدی،" نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران، الف- نشریه مهندسی برق، سال 15، شماره 3، صص. 184- 175، پاییز 1396.
[6] ر. علی‌اکبری و م. دلشاد، "یک مبدل بسیار افزاینده کلیدزنی در جریان صفر جدید با المان کمکی کم،" روش‌های هوشمند در صنعت برق، سال 8، شماره 32، صص. 28- 21، زمستان 1396.
[7] س. م. م. میرطلائی و ر. امانی نافچی، "مبدل DC-DC بسیار افزاینده بوست با سلف تزویج‌شده و تکنیک دیود- خازن،" نشریه روش‌های هوشمند در صنعت برق، سال 10، شماره 39، صص. 12- 3، پاییز 1398.
[8] B. P. R. Baddipadiga, V. A. K. Prabhala, and M. Ferdowsi, "A family of high-voltage-gain DC-DC converters based on a generalized structure," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 33, no. 10, pp. 8399-8411, Oct. 2018.
[9] N. Vazquez, L. Estrada, C. Hernandez, and E. Rodriguez, "The tapped-inductor boost converter," in Proc. of the Int. Symp. on Industrial Electronics, . pp. 538-543, Vigo, Spain, 4-7 Jun. 2007.
[10] J. Yao, K. Li, K. Zheng, and A. Abramovitz, "On the equivalence of the switched inductor and the tapped inductor converters and its application to small signal modelling," Energies, vol. 12, Article No.: 4906, 19 pp., 2019.
[11] Q. Zhao and F. C. Lee, "High performance coupled-inductor dc-dc converter," in Proc. of 18th Annual IEEE Applied Power Electronics Conf. and Exposition, pp. 109-113, Miami Beach, FL, USA, 9-13 Feb. 2003.
[12] T. V. Nguyen, et al., "Self-powered high efficiency coupled inductor boost converter for photovoltaic energy conversion," Energy Procedia, vol. 36, pp. 650-656, 2013.
[13] Q. Zhao and F. C. Lee, "High-efficiency, high step-up dc-dc converters," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 18, no. 1, pp. 65-73, Jan. 2003.
[14] T. Wu, Y. Lai, J. Hung, and Y. Chen, "Boost converter with coupled inductors and buck-boost type of active clamp," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 55, no. 1, pp. 154-162, Jan. 2008.
[15] D. M. Van de Sype, K. De Gusseme, W. R. Ryckaert, A. P. Van de Bossche, and J. A. Melkebeek, "A single switch buck-boost converter with a high conversion ratio," in Proc. European Conference on Power Electronics and Applications, pp. 1-10, Dresden, Germany, Sept. 2005.
[16] W. Li and X. He, "Review of non-isolated high-step-up dc/dc converters in photovoltaic grid-connected applications," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 58, no. 4, pp. 1239-1250, Apr. 2011.
[17] H. Liu, H. Hu, H. Wu, Y. Xing, and I. Batarseh, "Overview of high-step-up coupled-inductor boost converters," IEEE J. of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 4, no. 2, pp. 689-704, Jun. 2016.
[18] Y. Zhao, W. Li, and X. He, "Single-phase improved active clamp coupled-inductor-based converter with extended voltage doubler cell," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 27, no. 6, pp. 2869-2878, Jun. 2012.
[19] B. Gu, J. Dominic, J. S. Lai, Z. Zhao, and C. Liu, "High boost ratio hybrid transformer DC-DC converter for photovoltaic module applications," in Proc. . of 18th Annual IEEE Applied Power Electronics Conf. and Exposition, pp. 598-606, Orlando, FL, USA, 5-9 Feb. 2012.
[20] T. Liang, S. Chen, L. Yang, J. Chen, and A. Ioinovici, "Ultra-large gain step-up switched-capacitor dc-dc converter with coupled inductor for alternative sources of energy," IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol. 59, no. 4, pp. 864-874, Apr. 2012.
[21] R. Wai, C. Lin, R. Duan, and Y. Chang, "High-efficiency DC-DC converter with high voltage gain and reduced switch stress," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 54, no. 1, pp. 354-364, Feb. 2007.
[22] K. Tseng, J. Lin, and C. Huang, "High step-up converter with three-winding coupled inductor for fuel cell energy source applications," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 30, no. 2, pp. 574-581, Feb. 2015.
[23] J. W. Baek, M. H. Ryoo, T. J. Kim, D. W. Yoo, and J. S. Kim,
"High boost converter using voltage multiplier," in Proc. 31st Annual Conf. of IEEE Industrial Electronics Society, 6 pp., Raleigh, NC, USA, 6-10 Nov. 2005.
[24] T. J. Liang, S. M. Chen, L. S. Yang, J. F. Chen, and A. Ioinovici, "Ultra large gain step-up switched-capacitor DC-DC converter with coupled inductor for alternative sources of energy," IEEE Trans. on Circuit and System, vol. 59, no. 4, pp. 864-874, Apr. 2012.
[25] D. R. Garth, W. J. Muldoon, G. C. Benson, and E. N. Costague, "Multi-phase, 2-kilowatt, high-voltage, regulated power supply," in Proc. of EEE Power Electronics Specialists Conf., pp. 110-116, Pasadena, CA, USA, 19-20 Apr. 1971.
[26] M. T. Zhang, Y. Jiang, F. C. Lee, and M. M. Jovanovic, "Single-phase three-level boost power factor correction converter," in Proc. IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition , vol. 1, pp. 434-439, Dallas, TX, USA, 5-9 Mar. 2002.
[27] K. I. Hwu and Y. T. Yau, "An interleaved ac-dc converter based on current tracking," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 56,
no. 5, pp. 1456-1463, May 2009.
[28] G. Franceschini, E. Lorenzani, M. Cavatorta, and A. Bellini, "3boost: a high-power three-phase step-up full-bridge converter for automotive applications," IEEE Trans. on Industrial Electronics,
vol. 55, no. 1, pp. 173-183, Jan. 2008.
[29] P. W. Lee, Y. S. Lee, D. K. W. Cheng, and X. C. Liu, "Steady-state analysis of an interleaved boost converter with coupled inductors," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 47, no. 4, pp. 787-795, Aug. 2000.
[30] X. Huang, X. Wang, T. Nergaard, J. S. Lai, X. Zhu, and L. Xu, "Parasitic ringing and design issues of digitally controlled high-power interleaved boost converters," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 19, no. 5, pp. 1341-1352, Sep. 2004.
[31] L. Huber and M. M. Jovanovic, "A design approach for server power supplies for networking applications," in Proc. of 15th Annual IEEE Applied Power Electronics Conf. and Expo., vol. 2, pp. 1163-1169, New Orleans, LA, USA, 6-10 Feb. 2000.
[32] X. Feng, J. Liu, and F. C. Lee, "Impedance specifications for stable dc distributed power systems," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 17, no. 2, pp. 157-162, Mar. 2002.
[33] T. F. Wu and T. H. Yu, "Unified approach to developing single-stage power converters," IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, vol. 34, no. 1, pp. 211-223, Jan. 1998.
[34] B. R. Lin and J. J. Chen, "Analysis and implementation of a soft switching converter with high-voltage conversion ratio," IET-Power Electron, vol. 1, no. 3, pp. 386-394, Oct. 2008.
[35] R. Suriyakulnaayudhya, "A high gain step-up fly boost converter for high voltage high power applications," in Proc. of the IEEE/EEEIC, vol. ???, pp. 1268-1272, Rome, Italy, Jun. 2015.
[36] S. L. Brockveld and G. Waltrich, "Boost-flyback converter with interleaved input current and output voltage series connection," IET Power Electronics, vol. 11, no. 8, pp. 1463-1471, May 2018.
[37] A. B. Shitole, S. Sathyan, H. Suryawanshi, M. G. G. Talapur, and
P. Chaturvedi, "Soft-switched high voltage gain boost-integrated flyback converter interfaced single-phase grid-tied inverter for SPV integration," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 54, no. 1, pp. 482-493, Jan./Feb. 2018.
[38] A. E. L. Costa and R. L. Andersen, "High-gain boost-boost-flyback converter for renewable energy sources applications," in Proc. of the IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conf. and 1st Southern Power Electronics Conf., 6 pp., Fortaleza, Brazil, 29 Nov.-2 Dec. 2015.
[39] س. م. م. میرطلائی و ر. جابری، "بررسی مبدل بوست- فلای‌بک بهره بالا در کاربرد سیستمهای خورشیدی،" روش‌های هوشمند در صنعت برق، سال 9، شماره 34، صص. 28- 19، تابستان 1397.
[40] V. T. Liu and L. J. Zhang, "Design of high efficiency boost-forward-flyback converters with high voltage gain," in Proc. of the IEEE Int. Conf. on Control & Automation, pp. 1061-1066, Taichung, Taiwan, 18-20 Jun. 2014.
[41] A. M. S. S. Andrade, E. Mattos, and M. L. S. Martins, "High-efficiency boost-flyback converter with voltage multiplier cells for high voltage gain application," Electric Power Components and Systems, vol. 46, no. 1, pp. 104-111, 2018.
[42] A. Affam, Y. Buswig, A. H. Othman, N. B. Julai, and O. Qays, "A review of multiple input dc-dc converter topologies linked with hybrid electric vehicles and renewable energy systems," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 135, Article No.: 110186, 23 pp., Jan. 2021.
[43] M. Jabbari and M. S. Dorcheh, "Resonant multi-input/multi-output/bidirectional ZCS step-down dc-dc converter with systematic synthesis for point-to-point power routing," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 33, no. 7, pp. 6024-6032, Jul. 2018.
[44] M. Veerachary and P. Kumar, "Analysis and design of quasi-z-source equivalent dc-dc boost converters," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 56, no. 6, pp. 6642-6656, Nov./Dec. 2020.
[45] S. Hasanpour, Y. Siwakoti, and F. Blaabjerg, "Hybrid cascaded high step-up dc/dc converter with continuous input current for renewable energy applications," IET Power Electronics, vol. 13, no. 15, pp. 3487-3495, Nov. 2020.
[46] A. Alzahrani, P. Shamsi, and M. Ferdowsi, "A novel non-isolated high-gain dc-dc boost converter," in Proc. of North American Power Symp., 6 pp., Morgantown, WV, USA, 17-19 Sept. 2017.
[47] M. Premkumar, et al., "A novel non-isolated high step-up DC-DC boost converter using single switch for renewable energy systems," Electrical Engineering, vol. 102, no. ???, pp. 811-829, Jun. 2020.
[48] N. H. Pour and K. Varesi, "A new non-isolated high gain DC-DC converter suitable for renewable energies," in Proc. of the 10th Int. Power Electronics, Drive Systems and Technologies Conf., pp. 747-751, Shiraz, Iran, 12-14 Feb. 2019.
[49] M. Hanifehpour, et al., "No-isolated high gain dc/dc converter with low input current ripple suitable for renewable applications," Electric Power Components and Systems, vol. 48, no. 11, pp. 1171-1184, 2020.
[50] M. Eydi, S. H. Hosseini, and R. Ghazi, "A new high gain DC-DC boost converter with continuous input and output currents," in Proc. of the the 10th Int. Power Electronics, Drive Systems and Technologies Conf.,, pp. 224-229, Shiraz, Iran, 12-14 Feb. 2019.
[51] J. Loranca-Coutino, et al., "High gain boost converter with reduced voltage in capacitors for fuel-cells energy generation systems," Electronics, vol. 9, no. 11, Article Number: 1480, 20 pp., Nov. 2020.
[52] F. L. Tofoli, D. C. Pereira, W. J. Paula, and D. S. O. Junior, "Survey on non-isolated high-voltage step-up dc-dc topologies based on the boost converter," IET Power Electronics, vol. 8, no. 10, pp. 2044-2057, Oct. 2015.
[53] W. Yu, et al., "High efficiency converter with charge pump and coupled inductor for wide input photovoltaic ac module applications," in Proc. IEEE Energy Conversion Congress and Expo., pp. 3895-3900, San Jose, CA, USA, 20-24 Sept. 2009.
[54] R. J. Wai and R. Y. Duan, "High step-up converter with coupled-inductor," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 20, no. 5, pp. 1025-1035, Sept. 2005.
امید شریفیانا نجفآبادی تحصيلات خود در مقطع كارشناسي برق- قدرت را از دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینیشهر در سال 1389 و كارشناسي ارشد در همین رشته را سال 1393 از دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجفآباد به پايان رسانده است و هماكنون دانشجوی دکتری دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجفآباد است. زمينههاي تحقيقاتي مورد علاقه ايشان عبارتند از: مبدلهای الکترونیک قدرت، درایوهای الکتریکی، بالاستهای الکتریکی.
مجید دهقانی تحصیلات خود را در مقاطع کارشناسی، کارشناسیارشد و دکتری به ترتیب در سالهای 1373، 1375 و 1388 در دانشگاه صنعتی اصفهان به پایان رسانده و هماکنون استادیار دانشکده مهندسی برق دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجفآباد است. زمینههای تحقیقاتی مورد علاقه ایشان عبارتند از: الکترونیک قدرت، ماشینهای الکتریکی و انرژیهای نو.
غضنفر شاهقلیان تحصیلات خود را در مقاطع کارشناسی و کارشناسیارشد به ترتیب در سالهای 1370 و 1373 در دانشگاه صنعتی اصفهان و دانشگاه تبریز و دکتری مهندسی برق را در دانشگاه علوم و تحقیقات تهران به پایان رسانده و هماکنون دانشیار دانشکده مهندسی برق دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجفآباد است. زمینههای تحقیقاتی مورد علاقه ایشان عبارتند از: الکترونیک قدرت، دینامیک سیستمهای قدرت و انرژیهای نو.
سید محمدمهدی میرطلائی مدرک کارشناسي مهندسی برق خود را از دانشگاه صنعتی اصفهان در سال 1384 و کارشناسیارشد و دکتری مهندسی برق خود را به‌ترتيب در سال‌هاي 1386 و 1391 از دانشگاه صنعتی امیرکبیر دریافت نمود. نامبرده از سال 1388 عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی برق دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجفآباد است. زمينههاي تحقيقاتي مورد علاقه ايشان الکترونیک قدرت، محرکههای الکتریکی و سازگاری الکترومغناطیسی است.
مسعود جباری تحصیلات خود را در رشته برق- الکترونیک در مقطع کارشناسی از دانشگاه کاشان و در مقاطع کارشناسی ارشد و دکتری از دانشگاه صنعتی اصفهان به ترتیب در سالهای ۱۳۸۰، ۱۳۸۲ و ۱۳۸۸ به پایان رسانده است. او از سال ۱۳۸۹ در سمت استادیار و هیأت علمی گروه الکترونیک دانشکده مهندسی برق دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجفآباد بوده و در زمینه الکترونیک قدرت و مبدلهای الکترونیک پژوهش مینماید.