高效提高整流器(Bridgeless)能量收获

马里兰州。Jahid哈桑Hasibul伊斯兰教和卡齐塔里克·
本科学生,EEE称,AIUB达卡,孟加拉国

文摘

传统的交直流转换器与二极管整流器能量收集系统遭受相当大的电压降结果电路的功率损耗增加和复杂性。bridgeless提高整流器是一个独特的整合提升,巴克提振条件的积极的和消极的一半部分输入交流电压,分别。这样一个单级交直流转换器,使用MATLAB / SIMULINK设计和模拟在50 khz的开关频率。提高和buck-boost拓扑可以共享相同的电感器和电容器满足微型尺寸和重量要求。输入交流电压与10 v振幅是纠正和加大了30 v直流。详细设计准则提供规模最小化的目的,重量和功率损耗。

关键字

Ac / dc转换,提高、bridgeless buck-boost,能量收获。

介绍

在能量收集系统中,电力电子电路形式的关键传感器和电子负载之间的接口,其中可能包括一个电池。一种紧凑、高效的电源管理电路收割机本身一样重要。收割机的完整的能源获取解决方案显然需要机械电能转换,而且特定于应用程序的执行ac / dc整流电源管理电路,电压/电流,电压/电流调节,和其他电源管理功能。传统的交直流转换器能源收获和调节通常由两个阶段组成。二极管桥式整流通常形成第一阶段,第二阶段是直流-直流变换器调节整流的交流电压,直流电压(图1)。这种安排的两级功率换算有几个缺点:

1)在一个桥式整流二极管电压是低输入电压难以克服。

2)二极管损失增加,当前远远高于输出电流作为输入。

3)整流器提供了非线性负载,使转换器适合能量收获。

为了克服这些缺点,较低的互补金属氧化物半导体二极管电压降了桥整流器,代替传统的pn结二极管。这种二极管include1)二极管连接被动MOSFET,采用MOSFET阈值电压取消技术和2),这是由比较器主动控制。

在这两种情况下,low-voltage-drop二极管技术需要额外的偏见网络或外部比较器。因此,复杂性和电路的功率损耗会增加。

另一种方法来最大化转换效率在低压整流是使用bridgeless直接交直流转换器。这些拓扑使用双向开关和电容器分裂,或两个平行直流-直流转换器分别输入电压条件积极和消极。split-capacitor拓扑(在图2 (a) - (c)],由于低操作频率,电容器必须大到足以压制下的电压纹波所需的水平。规模和数量的增加储能组件使这些拓扑不切实际的大小限制能源矿车。另一方面,可以消除分裂电容使用两个同步场效电晶体(在图2 (d)]。然而,额外的开关会招致额外的开关损耗和驱动电路量值。

加大输入电压与反向极性;因此,它是一个适当的候选人条件负电压周期。在促进和巴克——提高拓扑,它可以共享相同的电感和电容,以满足微型尺寸和重量要求。一个新的bridgeless提高整流器,图3所示,这是一个独特的整合促进buck-boost转换器,提出了。当输入电压为正,S1开启和D1反向偏置,电路在提高模式。一旦输入电压是负的,巴克提振模式开始打开S2和反向偏压D2。mosfet具有双向传导能力二象限的工作开关,确保电路功能在两个正面和负面的电压周期。这种拓扑是在[10]中引入压电能量收集应用程序。

第二节中描述的电路操作模式。在第三节,设计程序和指南进行了讨论。第四部分解决了仿真结果。第五节给出了结论。

操作原理

电力电子接口(PEI)是用来提供恒定电压和负载供电。为了方便和简化分析,假设的输入阻抗裴显著大于能量收集装置的内部阻抗。感应电压可以认为是一个低振幅正弦交流电压源。本文采用10伏特,50 hz正弦交流电压源模拟的输出能量收割机。

提出了提高整流器的DCM操作模式如图4所示。每个输入交流电压的周期可以分为六个操作模式。模式》说明电路操作期间积极输入周期,S1在哪里打开而D1反向偏置。转换器是提振电路模式》期间,而开关S2和D2。中演示的操作在负输入周期模式IV-VI, S2在哪里打开而D2是逆转偏见。在这些模式中,变频器运行类似buck-boost电路。

模式I:此模式开始在t0 S2时打开。在t0电感电流为零。S2的打开是通过零电流开关(佐)减少开关损耗。电感L是精力充沛的输入电压既S1和S2正在进行。两个二极管反向偏置。负载是由能量存储在输出滤波电容器C。

模式二:S2 t1是关闭的,在t1−t0 = d1Ts d1的工作周期是提高操作,和tsi转换时期。能量存储在电感模式我转移到负载。电感电流线性降低。在这种模式下,开关损耗发生在二极管D2的打开。

自动关闭模式III: D2一旦电感电流变成零t2 (t2−t1 = d2Ts)。这避免了二极管的反向恢复损耗。再次采用的负载电容中储存能量。转换器将返回模式我尽快S2,如果输入电压仍处于良性循环。

模式四:负输入周期期间,第四模式就开始S1在t_0打开。佐条件也可以通过确保在DCM转换器操作。能量转移到电感L,而输出滤波电容器C源负载。

V模式:在t_1, S1是关闭的,在t_1−t_0 = d_1 Ts, d_1 buck-boost操作的工作周期。精力在第四模式存储在电感transferredto负载。电感电流线性降低。Duringthis模式中,开关损耗发生在thediode D1的打开。

模式六世:当电感电流降低到零,t_2 (t_2−t_1 = d_2Ts), D1在零电流是关闭的。负载不断由电荷存储在电容器的输出。转换器将尽快回到第四模式S1,如果输入电压仍然是负面的。

根据操作模式的分析,开关打开,与佐佐和二极管是关闭的。由于DCM操作,输入电流传感器可以被消除,可以减少开关损耗。此外,DCM操作相对简单的控制方案。由于电路规模可以降低,可以提高效率,DCM操作更适合比连续导电模式(CCM)操作。

设计PROCIDURE

为了设计电路,几个假设是在一个开关周期。

输出滤波电容器C是大到足以保持输出电压V0常数。

输入是一个正弦电压源。开关频率远高于输入电压的频率。在每个开关周期中,输入电压可以视为一个恒压源和被表示为(1),在Vin的输入电压

fs -开关频率

Ts -切换周期

场效应管的电压等级和二极管通常选择高于Vo安全运行的一个适当的保证金。mosfet的刺激电阻和二极管的正向电压降的主要组件,而影响效率。输出滤波电容的选择应以减少输出电压的涟漪。电容的值计算的图表。

提高和buck-boost转换器的操作从图3,

SIMULARION结果

模拟电路bridgeless提高整流器的输入电压10 v,输出电压30 v图7所示。根据关系的选择电路元件(1)-(9),表1中列出。

闭环电压控制成功稳定稳态占空比为0.78。

bridgeless提高整流器的方法,使用MATLAB / SIMULINK仿真,所得的波形如下所示。

积极投入周期期间,打开S1, S2是由刺激控制方案。当电路处于负输入周期,S2,虽然S1 buck-boost下调节控制策略。从图9中,输出电压调节at30-V直流大约0.2 V(即。,6%)电压纹波。

结论

bridgeless提高整流器的方法,使用MATLAB / SIMULINK仿真。拓扑结合提高转换器和buck-boost转换器条件积极输入周期,分别。只需要一个电感和一个滤波电容器在这个拓扑。拓扑成功提高了10 v, 50 hz交流到30 vdc。输出电压调节到30 v通过闭环电压控制。bridgeless先进整流器相比,本研究采用最小数量的被动储能组件,并获得最大的转换效率。Te未来的研究将集中在调查和设计更多的电压为各种其他应用程序和输入电流的畸变可以减少设计一个合适的电路。

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