Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Geliştirilmiş Kontrole Sahip İki Aşamalı Boost Dönüştürücünün Tasarımı ve Analizi

Yıl 2024, Cilt: 29 Sayı: 2, 623 - 638, 30.08.2024
https://doi.org/10.17482/uumfd.1385376

Öz

Bu makalede, geliştirilmiş kontrole sahip, yüksek kazançlı, iki aşamalı bir yükseltici dönüştürücü önerilmiştir. Regülasyon kalitesini ve güç yoğunluğunu artırmak amacıyla ortak kontrol stratejisi tanıtılmıştır. Önerilen kontrol yönteminde her yükseltici katı aynı kontrolcü tarafından kontrol edilir. Bu sayede kolay kontrol ve düşük maliyet sağlanır. Ayrıca ara yükseltici katı çıkış gerilimlerinde kontrole bağlı oluşan gerilim yükselmeleri önlenir ve daha düşük gerilimli kondansatör kullanımına olanak sağlanır. Dönüştürücü devresi, 12 VDC giriş geriliminden 42 VDC ve 150 VDC’a çıkacak şekilde iki aşamalı olarak tasarlanmıştır. Önerilen dönüştürücüye ait detaylı teorik analizler yapılmış ve 100 W çıkış gücüne sahip prototip ile doğrulanmıştır. Uygulama devresi üzerinden alınan sonuçlar kullanılarak, önerilen geliştirilmiş kontrole sahip yükseltici dönüştürücü ile geleneksel iki aşamalı yükseltici dönüştürücü karşılaştırılmıştır.

Kaynakça

  • Diaz-Saldierna, L.H., Leyva-Ramos, J. (2021) High Step-Up Converter Based on Non-Series Energy Transfer Structure for Renewable Power Applications, Micromachines, Basel, 12(6), 689. doi: 10.3390/mi12060689.
  • Bodur, H., Yesilyurt, H., Ting, N.S., and Sahin, Y. (2021) Zero-voltage switching half-bridge pulse width modulation DC–DC converter with switched capacitor active snubber cell for renewable energy applications International Journal of Circuit Theory and Applications, 49(9), 2686–2698. doi: 10.1002/cta.3015.
  • Bodur, H., Yıldırmaz, S. (2017) A New ZVT Snubber Cell for PWM-PFC Boost Converter, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 64, no. 1, 300-309. doi: 10.1109/TIE.2016.2608319
  • Zhao, Q., Lee, F. C. (2003) High-efficiency, high step-up DC-DC converters, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 18, no. 1, 65-73. doi: 10.1109/TPEL.2002.807188.
  • Navamani, J. D., Lavanya, A., Almakhles, D., Sathik, M. J. (2022) A review on segregation of various high gain converter configurations for distributed energy sources, Alexandria Engineering Journal, vol. 61, no. 1, 675-700. doi: https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.06.026
  • Zhang, M., Wei, Z., Zhou, M., Wang, F., Cao, Y. and Quan, L. (2022) A High Step-Up DC–DC Converter With Switched-Capacitor and Coupled-Inductor Techniques, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics, vol. 3, no. 4, 1067-1076. doi: 10.1109/JESTIE.2022.3173909.
  • Ozdenturk, A., Akkaya, R., (2020) Elektrikli Araç Şarj Cihazlarında Kullanılan Güç Faktörü Düzeltmeli Yükseltici Tip Dönüştürücünün Analizi, European Journal of Science and Technology Special Issue, pp. 308-314, https://doi.org/10.31590/ejosat.804561
  • Bodur, H., Akboy, E. and Yesilyurt, H. (2020) A New and Modular Active Snubber Cell for Inverters, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 67(1), 288-296. doi: 10.1109/TIE.2019.2896126.
  • Bodur, H., Yesilyurt, H. and Ozel, H. (2013) An improved lossless passive snubber cell for PFC boost converter, 3rd International Conference on Electric Power and Energy Conversion Systems, 1-6. doi: 10.1109/TIE.2019.2896126.
  • Upadhyay, P., Kumar, R. (2019) A high gain cascaded boost converter with reduced voltage stress for PV application, Solar Energy 183, 829–841. doi: 829-841. 10.1016/j.solener.2019.03.075.
  • Zhang, H., Park, S. J. (2022) Efficiency Optimization Method for Cascaded Two-Stage Boost Converter IEEE Access, vol. 10, 53443-53453. doi: 10.1109/ACCESS.2022.3175890.
  • Tarzamni, H., Gohari, H. S., Sabahi, M. and Kyyrä, J. (2023) Non-Isolated High Step-Up DC-DC Converters: Comparative Review and Metrics Applicability, IEEE Transactions on Power Electronics, 1-41. doi: 10.1109/TPEL.2023.3264172.
  • Balci, I., Bodur, H., Gundogan, A., (2022) Tek Fazlı Tek Aşamalı İzoleli Güç Faktörü Düzeltme Devrelerinin İncelenmesi, ELECO 2022 Elektrik-Elektronik ve Biyomedikal Mühendisliği Konferansı, Bursa, pp.1-5.
  • Navamani, J. D., Vijayakumar, K., Lavanya, A., Jason Mano Raj, A., (2018) Non-isolated high gain DC-DC converter for smart grid- A review, National Conference on Mathematical Techniques and its Applications (NCMTA 18), IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1000 012061. doi :10.1088/1742-6596/1000/1/012061
  • Gragger, J. V., Himmelstoss, A. and Pirker, F., (2008) Analysis and control of a bidirectional two-stage boost converter, International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, 667-673. doi: 10.1109/SPEEDHAM.2008.4581230.
  • Siouane, S., Jovanović, S. and Poure, P. (2019) Open-Switch Fault-Tolerant Operation of a Two-Stage Buck/Buck–Boost Converter With Redundant Synchronous Switch for PV Systems, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 66, no. 5, 3938-3947. doi: 10.1109/TIE.2018.2847653.
  • Aamir, M., Shinwari, M. Y. (2010) Design, implementation and experimental analysis of two-stage boost converter for grid connected photovoltaic system, 3rd International Conference on Computer Science and Information Technology, Chengdu, China, pp. 194-199. doi: 10.1109/ICCSIT.2010.5563963.
  • Zhang, Z., Yang, J., Liu, Y., Yao, Y., Li, F., 2020, An novel high efficiency step-up dc-dc converter, IEEE 9th International Power Electronics and Motion Control Conference, pp. 2757-2760. doi: 10.1109/IPEMC-ECCEAsia48364.2020.9368028.
  • Garcia, F. S., Pomilio, J. A. and Spiazzi, G. (2012) Comparison of non-insulated, high-gain, high-power, step-up DC-DC converters, Twenty-Seventh Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 1343-1347. doi: 10.1109/APEC.2012.6165994.
  • Koc, Y., Birbir, Y. and Bodur, H. (2022) Non-isolated high step-up DC/DC converters - An overview, ALEXANDRIA ENGINEERING JOURNAL , vol.61, no.2, 1091-1132. doi: 10.1109/TPEL.2023.3264172.

DESIGN AND ANALYSIS OF TWO STAGE BOOST CONVERTER WITH IMPROVED CONTROL

Yıl 2024, Cilt: 29 Sayı: 2, 623 - 638, 30.08.2024
https://doi.org/10.17482/uumfd.1385376

Öz

In this article, a high-gain two-stage boost converter with improved control is proposed. In order the increase the regulation quality and power density a common control strategy introduced. In the proposed control method, each boost stage is controlled by the same controller. This method provides easy control and low cost and allows the use of lower voltage capacitors at the output of first boost stage. The converter is designed in two stages to increase from 12 VDC input voltage to 42 VDC and 150 VDC. Detailed theoretical analysis of the proposed converter is carried out and validated with a prototype having 100 W output power. Using the results obtained from the application circuit, the proposed boost converter with improved control is compared with the conventional two-stage boost converter operated under the same conditions.

Kaynakça

  • Diaz-Saldierna, L.H., Leyva-Ramos, J. (2021) High Step-Up Converter Based on Non-Series Energy Transfer Structure for Renewable Power Applications, Micromachines, Basel, 12(6), 689. doi: 10.3390/mi12060689.
  • Bodur, H., Yesilyurt, H., Ting, N.S., and Sahin, Y. (2021) Zero-voltage switching half-bridge pulse width modulation DC–DC converter with switched capacitor active snubber cell for renewable energy applications International Journal of Circuit Theory and Applications, 49(9), 2686–2698. doi: 10.1002/cta.3015.
  • Bodur, H., Yıldırmaz, S. (2017) A New ZVT Snubber Cell for PWM-PFC Boost Converter, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 64, no. 1, 300-309. doi: 10.1109/TIE.2016.2608319
  • Zhao, Q., Lee, F. C. (2003) High-efficiency, high step-up DC-DC converters, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 18, no. 1, 65-73. doi: 10.1109/TPEL.2002.807188.
  • Navamani, J. D., Lavanya, A., Almakhles, D., Sathik, M. J. (2022) A review on segregation of various high gain converter configurations for distributed energy sources, Alexandria Engineering Journal, vol. 61, no. 1, 675-700. doi: https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.06.026
  • Zhang, M., Wei, Z., Zhou, M., Wang, F., Cao, Y. and Quan, L. (2022) A High Step-Up DC–DC Converter With Switched-Capacitor and Coupled-Inductor Techniques, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics, vol. 3, no. 4, 1067-1076. doi: 10.1109/JESTIE.2022.3173909.
  • Ozdenturk, A., Akkaya, R., (2020) Elektrikli Araç Şarj Cihazlarında Kullanılan Güç Faktörü Düzeltmeli Yükseltici Tip Dönüştürücünün Analizi, European Journal of Science and Technology Special Issue, pp. 308-314, https://doi.org/10.31590/ejosat.804561
  • Bodur, H., Akboy, E. and Yesilyurt, H. (2020) A New and Modular Active Snubber Cell for Inverters, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 67(1), 288-296. doi: 10.1109/TIE.2019.2896126.
  • Bodur, H., Yesilyurt, H. and Ozel, H. (2013) An improved lossless passive snubber cell for PFC boost converter, 3rd International Conference on Electric Power and Energy Conversion Systems, 1-6. doi: 10.1109/TIE.2019.2896126.
  • Upadhyay, P., Kumar, R. (2019) A high gain cascaded boost converter with reduced voltage stress for PV application, Solar Energy 183, 829–841. doi: 829-841. 10.1016/j.solener.2019.03.075.
  • Zhang, H., Park, S. J. (2022) Efficiency Optimization Method for Cascaded Two-Stage Boost Converter IEEE Access, vol. 10, 53443-53453. doi: 10.1109/ACCESS.2022.3175890.
  • Tarzamni, H., Gohari, H. S., Sabahi, M. and Kyyrä, J. (2023) Non-Isolated High Step-Up DC-DC Converters: Comparative Review and Metrics Applicability, IEEE Transactions on Power Electronics, 1-41. doi: 10.1109/TPEL.2023.3264172.
  • Balci, I., Bodur, H., Gundogan, A., (2022) Tek Fazlı Tek Aşamalı İzoleli Güç Faktörü Düzeltme Devrelerinin İncelenmesi, ELECO 2022 Elektrik-Elektronik ve Biyomedikal Mühendisliği Konferansı, Bursa, pp.1-5.
  • Navamani, J. D., Vijayakumar, K., Lavanya, A., Jason Mano Raj, A., (2018) Non-isolated high gain DC-DC converter for smart grid- A review, National Conference on Mathematical Techniques and its Applications (NCMTA 18), IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1000 012061. doi :10.1088/1742-6596/1000/1/012061
  • Gragger, J. V., Himmelstoss, A. and Pirker, F., (2008) Analysis and control of a bidirectional two-stage boost converter, International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, 667-673. doi: 10.1109/SPEEDHAM.2008.4581230.
  • Siouane, S., Jovanović, S. and Poure, P. (2019) Open-Switch Fault-Tolerant Operation of a Two-Stage Buck/Buck–Boost Converter With Redundant Synchronous Switch for PV Systems, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 66, no. 5, 3938-3947. doi: 10.1109/TIE.2018.2847653.
  • Aamir, M., Shinwari, M. Y. (2010) Design, implementation and experimental analysis of two-stage boost converter for grid connected photovoltaic system, 3rd International Conference on Computer Science and Information Technology, Chengdu, China, pp. 194-199. doi: 10.1109/ICCSIT.2010.5563963.
  • Zhang, Z., Yang, J., Liu, Y., Yao, Y., Li, F., 2020, An novel high efficiency step-up dc-dc converter, IEEE 9th International Power Electronics and Motion Control Conference, pp. 2757-2760. doi: 10.1109/IPEMC-ECCEAsia48364.2020.9368028.
  • Garcia, F. S., Pomilio, J. A. and Spiazzi, G. (2012) Comparison of non-insulated, high-gain, high-power, step-up DC-DC converters, Twenty-Seventh Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 1343-1347. doi: 10.1109/APEC.2012.6165994.
  • Koc, Y., Birbir, Y. and Bodur, H. (2022) Non-isolated high step-up DC/DC converters - An overview, ALEXANDRIA ENGINEERING JOURNAL , vol.61, no.2, 1091-1132. doi: 10.1109/TPEL.2023.3264172.
Toplam 20 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil İngilizce
Konular Elektrik Mühendisliği (Diğer), Elektronik
Bölüm Araştırma Makaleleri
Yazarlar

Mustafa Şentürk 0009-0001-2908-8275

Hüseyin Yeşilyurt 0000-0002-8969-1893

Erken Görünüm Tarihi 26 Ağustos 2024
Yayımlanma Tarihi 30 Ağustos 2024
Gönderilme Tarihi 2 Kasım 2023
Kabul Tarihi 6 Ağustos 2024
Yayımlandığı Sayı Yıl 2024 Cilt: 29 Sayı: 2

Kaynak Göster

APA Şentürk, M., & Yeşilyurt, H. (2024). DESIGN AND ANALYSIS OF TWO STAGE BOOST CONVERTER WITH IMPROVED CONTROL. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 29(2), 623-638. https://doi.org/10.17482/uumfd.1385376
AMA Şentürk M, Yeşilyurt H. DESIGN AND ANALYSIS OF TWO STAGE BOOST CONVERTER WITH IMPROVED CONTROL. UUJFE. Ağustos 2024;29(2):623-638. doi:10.17482/uumfd.1385376
Chicago Şentürk, Mustafa, ve Hüseyin Yeşilyurt. “DESIGN AND ANALYSIS OF TWO STAGE BOOST CONVERTER WITH IMPROVED CONTROL”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 29, sy. 2 (Ağustos 2024): 623-38. https://doi.org/10.17482/uumfd.1385376.
EndNote Şentürk M, Yeşilyurt H (01 Ağustos 2024) DESIGN AND ANALYSIS OF TWO STAGE BOOST CONVERTER WITH IMPROVED CONTROL. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 29 2 623–638.
IEEE M. Şentürk ve H. Yeşilyurt, “DESIGN AND ANALYSIS OF TWO STAGE BOOST CONVERTER WITH IMPROVED CONTROL”, UUJFE, c. 29, sy. 2, ss. 623–638, 2024, doi: 10.17482/uumfd.1385376.
ISNAD Şentürk, Mustafa - Yeşilyurt, Hüseyin. “DESIGN AND ANALYSIS OF TWO STAGE BOOST CONVERTER WITH IMPROVED CONTROL”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 29/2 (Ağustos 2024), 623-638. https://doi.org/10.17482/uumfd.1385376.
JAMA Şentürk M, Yeşilyurt H. DESIGN AND ANALYSIS OF TWO STAGE BOOST CONVERTER WITH IMPROVED CONTROL. UUJFE. 2024;29:623–638.
MLA Şentürk, Mustafa ve Hüseyin Yeşilyurt. “DESIGN AND ANALYSIS OF TWO STAGE BOOST CONVERTER WITH IMPROVED CONTROL”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, c. 29, sy. 2, 2024, ss. 623-38, doi:10.17482/uumfd.1385376.
Vancouver Şentürk M, Yeşilyurt H. DESIGN AND ANALYSIS OF TWO STAGE BOOST CONVERTER WITH IMPROVED CONTROL. UUJFE. 2024;29(2):623-38.

DUYURU:

30.03.2021- Nisan 2021 (26/1) sayımızdan itibaren TR-Dizin yeni kuralları gereği, dergimizde basılacak makalelerde, ilk gönderim aşamasında Telif Hakkı Formu yanısıra, Çıkar Çatışması Bildirim Formu ve Yazar Katkısı Bildirim Formu da tüm yazarlarca imzalanarak gönderilmelidir. Yayınlanacak makalelerde de makale metni içinde "Çıkar Çatışması" ve "Yazar Katkısı" bölümleri yer alacaktır. İlk gönderim aşamasında doldurulması gereken yeni formlara "Yazım Kuralları" ve "Makale Gönderim Süreci" sayfalarımızdan ulaşılabilir. (Değerlendirme süreci bu tarihten önce tamamlanıp basımı bekleyen makalelerin yanısıra değerlendirme süreci devam eden makaleler için, yazarlar tarafından ilgili formlar doldurularak sisteme yüklenmelidir).  Makale şablonları da, bu değişiklik doğrultusunda güncellenmiştir. Tüm yazarlarımıza önemle duyurulur.

Bursa Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Dekanlığı, Görükle Kampüsü, Nilüfer, 16059 Bursa. Tel: (224) 294 1907, Faks: (224) 294 1903, e-posta: mmfd@uludag.edu.tr