بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله مبدلهای DC-DC دو طرفه ZVS-ZCV مطرح شده است، که ولتاژهای خروجی بالا بین 150-60 ولت را ارئه میکنند. با مطرح کردن تصویری کلی از ZVS-ZCV ، نتایجی از شبیه سازی برنامهی PS Cad و کاربرد پیل سوختی و باطری به دست آمده است که به منظور عملکرد عالی نتایج به دست آمده آنها را با ZVS های دو طرفه و کاربردهایشان مقایسه کردهایم. نتایج شبیه سازی را در این مقاله ارائه شده است
واژگان کلیدی: مبدلهای DC-DC، پیل سوختی،ZVS-ZCV
مقدمه
در سالهای اخیر، در حوزهی مبدلهای DC-DC سلولهای سوختی اقتصادی بهبود خوبی داشتهاند، که شرکتهای خودرو سازی در حال توسعه دادن و جایگزین کردن این باطریها برای وسایل نقلیه هستند. علاوه بر این تغییرعمده در سیستمهای الکتریکی وسایل نقلیه از 12/24v به DC 40/300v است. از دلایل اصلی برای این تغییر از 12/24v به DC 40/300v افزایش تقاضا به خودروهای اکتریکی، کاهش جریان کشیده شده از باطری، پیاده سازی ویژگیهایی ایمنی و امکانات راحتی و همچنین کاهش اجزای مکانیکی و هیدرولیکی و توسعهی انعطاف پذیری در طراحی وسایل نقلیه است. در خودروهای هیبریدی - پیلهای سوختی - اهداف اصلی داشتن بهربرداری بالا، اندازهی کوچک، قوی بودن و کم هزینه بودن مبدلهای دو طرفه DC-DC است. همچنین در خودروهای هیبریدی یک واحد تهویهی قدرت مانند یک مبدل جدید دو طرفه DC-DC ممکن است برای مطابقت دادن با ولتاژ باتریهای سوختی با یک دسته باتری ضروری باشد. دستگاههای غیرهادی قدرت - MOSFET, IGBT,… - کار حفاظت از قسمتهای منحصر به فرد و سیستمهایی یکپارچه سازی را انجام میدهند و نقش اصلی را در ماشینهای هیبریدی بر عهده دارد. سیستم مبدل مطرح شده باید در بهبود دادن محدودهی کارایی عملکرد باتری این وسیلهی نقلیه موثر باشد.
در این مقاله یک مبدل جدید DC-DC دو طرفه ZVS-ZCS ارائه شده است. مبدل جدید در توپولوژی نیم پل دوگانه با یک مدار کمکی در طرف اولیه است. این مبدلها دارای مزایای مانند کاهش تداخل الکترومغناطیسی - - EMI ، کاهش تنش سوئیچینگ، کاهش تلفات سوئیچینگ در مقایسه با مبدل DC-DC دو طرفه ZVS است. عملکرد ZCS به وسیلهی هر دو مجبورکننده جریان اولیه به سمت صفر و به تاخیر انداختن افزایش آن یا با تنظیم مجدد جریان اولیه قبل از خاموش شدن سوئیچ مربوطه را فراهم میکند. مبدلهای DC-DC دو طرفه ZVS-ZCV برای یکسوسازی و وارونگی عملیات در هر دو حالت تقویت و تضعیف شبیه سازی شده و توسعه داده شدهاند.حالتهای عملیاتی از مبدل پیشنهادی در بخشهای زیر تعریف شده است.
مرحلهی قدرت و بهره برداریی
تعریف مرحلهی قدرت:
در - شکل - 1 مبدل دو طرفهی DC-DC پیشنهاد شده برای پیلهای سوختی وعملکرد باتریها را نشان دادهایم. در مبدلهای DC-DC دوطرفهی [1] ZVS سمت ولتاژ پایین با نیم پل - MOSFET - و سمت ولتاژ بالا با نیم پل - IGBT - توسعه داده شدهاند. که به عنوان یک طرح پیشنهادی مبدلهای DC-DC دو طرفهی ZVS-ZCS با استفاده از دو نیم پلههای MOSFETs و با یک مدار کمکی در سمت ولتاژ پایین بهبود داده شدهاند. مدار کمکی مورد استفاده شده در این مبدل مطابقت داشته است.[6] در طرح پیشنهادی مبدلهای DC-DC دوطرفهی ZVS مدار کمکی تشکیل شده است از ، به طوری که سویئچ جریان صفر - ZCS - در سویئچهای اصلی S1 و S2 میتوان به دست آورد. زمانی که جریان برق از سمت ولتاژ ضعیف به سمت ولتاژ قوی می رود ، مدار - - ZCS به حالت خاموش شدن و مدار - ZVS - به حالت روشن شدن از کلیدهای اصلی S1 و S2 در حالت تقویت کار میکند. در جهت دیگر از جریان برق، مدار در حالت ZVS عمل میکند - در حالت باک - . از ترانسفورماتورها برای ایزوله کردن و تطبیق دادن ولتاژ استفاده میشود. اندوکتانس نشتی ترانسفورماتور به عنوان خط انتقال وعنصر حامل انرژی بین دو نیم پل استفاده شده است. دو منبع ولتاژ نیم پل هر ژنراتور به ترتیب یک ولتاژ موج مربعی از اولیه و ثانویه ترانسفورماتوراعمال میکنند. طرح اصلی در پشت این مبدل ها جرا TDR است چون، مدار کمکی در سمت اولیه استفاده شده است. TDR از [1] مبدلهای DC-DC دو طرفهی ZVS محاسبه شده است،
تعریف مرحلهی بهره برداری
در - شکل - 1 تپولوژی مبدل مطرح شده و روند تغییرمسیر یک جریان الکتریکی در حالت تقویت را مشاهده میکنید. ZCS توسط مدار کمکی مورد استفاده در یک نیم پل وبا بهره برداری از دو نیمه پل با یک تغییر فاز را به دست میآورد. این عملیات مدار برای توسعه دادن به فضایی حالت بسیار مورد توجه است. - شکل - 2 مدار مطرح شده است. - شکل - 3 ، شکل موج ولتاژ و جریان را از ترانسفورماتور در طول یک دوره سوئیچینگ ارئه میکند. در برنامه های کاربردی پیلهای سوختی، زمانی که قدرت جریان از سمت ولتاژفشار ضعیف به سمت ولتاژ فشار قوی میرود، این کارباعث میشود مدار در حالت تقویت برای نگهداری از ولتاژ فشار قوی در یک مقدار بالای مورد نظر قبل از پیل های سوختی بتواند برق تولید کند. در جهت دیگر از جریان برق، وظیفهی مدار در حالت تضعیف برای جذب کردن و بازسازی انرژی است. بر اساس شکل موج در شکل 3، شش حالت عملکرد در یک سیکل سوئیچینگ وجود دارد و جریان قابل انتقال از هر حالت زیر محاسبه شود:
