Improving the boost capability for electric power conversion by a combination of switched inductors and impedance-source networks

Abstract

Son on yılda, empedans kaynağı ağı, elektrik enerjisinin dönüşümünde büyük oranda yüksek verimlilik iyileştirmeleri ile dağıtım sistemleri, elektrikli araçlar, endüstriyel makineler ve havacılık elektroniğinde olduğu gibi, kullanılmaktadır. Bu çalışmada, Evirgeç uygulamaları için iki yeni empedans kaynak ağ topolojisi tasarlanmış ve modellenmiştir. Birincisi anahtarlamalı evirgecin tek hücresi (SL), ikincisi anahtarlamalı evirgecin iki hücresi (X-shape [şeklinde] SL) olup, geleneksel Z-kaynaklı evirgeç (ZSI) ile birleştirilmişlerdir. Bu kombinasyon, sıfırdan geçiş (shoot-through zero) sürecinde kaynak ZSI ağından ayrıldığı esnada aralıktaki kullanılmayan kaynak enerjisinin anahtarlamalı indüktör tarafından depolanmasına imkan sağlar. Bu çalışmadaki tasarım, devrenin performansını arttıran çoklu endüktörler ve diyot serilerine çoklu dallar ekleyerek genelleştirilmiştir. Tüm benzetimlerde ve yeni topolojilerin hesaplanmasında MATLAB ve National Instrument (Multisim) programları kullanılmıştır. önerilen I-SL & ZSI ve X-SL & ZSI topolojileri spesifik endüktans ve kapasitans değerlerine göre, tasarlanmıştır.Her iki topolojide de geleneksel ZSI şemasına kıyasla Yükseltme (Boost) Faktöründe (B) büyük artış ve başlangıç ani akımının ortadan kaldırıldığıgözlemlenmiştir. Bununla birlikte, kondansatör gerilmesi (capacitor stress) her iki topolojide de önemli ölçüde azalmıştır.Anahtar Kelimeler— Anahtarlamalı Evirgeç (SL), Z-Kaynaklı Evirgeç (ZSI), Görev Çarpanı (D), Yükseltme (Boost) Faktörü (B), Yükseltme (Boost) Dönüştürücüsü, Evirgeç.

In the last decade, the impedance source network has been vastly used in electric power conversion with huge efficiency improvements such as in distribution systems, electric vehicles, industrial machines, and avionics. In this study, two new impedance source network topologies have been designed and modeled for inverter applications. The first is the one cell the switched inductor (SL), the second is the two cell switched inductor (X-shape SL) combined with the traditional Z-source inverter (ZSI). This combination allows the switched inductor to store the unused source energy during the shoot-through zero state which is the interval where the source separates from the ZSI network. The design is enhanced by adding multi branches in series of multiple inductors and diodes which improve the circuit performance. All simulations and calculations of the new topologies are implemented by MATLAB and National Instrument (Multisim) programs. The proposed topologies, I-SL&ZSI and X-SL&ZSI, are designed according to specific values of inductance and capacitance. These topologies prove the major improvement in boost factor (B) and elimination of start-up inrush current that are compared to the traditional ZSI scheme. Meanwhile, the capacitor stress is also significantly reduced in both topologies. Index Terms— Switched inductor (SL), Z-source inverter (ZSI), duty cycle (D), boost factor (B), boost converter, inverter.