Published November 30, 2018 | Version v1
Publication Open

High voltage-gain full-bridge cascaded dc-dc converter for photovoltaic application

Creators

  • 1. University of Malaya
  • 2. King Abdulaziz University

Description

Over the past few years, high step-up dc-dc converters have been drawn substantial attention because of their wide-ranging application not only in the renewable energy sector but also in many other applications. To acquire a high voltage gain in photovoltaic (PV) and other renewable energy applications, a high step-up dc-dc converter is proposed in this paper. The proposed converter structure consists of a full-bridge (FB) module along with an input boost inductor and a voltage multiplier based on the Cockcroft-Walton (CW) principle with a parallel inductor. The key features of the proposed converter are: 1) high voltage gain with lower voltage stress on the switches, diodes and other passive elements without affecting the number of cascaded stages, 2) a minimum size of boost inductance and cascaded stage capacitance that ensures its compactness and low cost, and 3) a minimal number of major components. Circuit operation, steady-state analysis and various design parameters of the proposed converter are explained in details. In order to prove the performance of the theoretical analysis, a laboratory prototype is also implemented. The peak voltage gain and the maximum efficiency obtained are 11.9 and 94.6% respectively with very low input current ripple and output voltage ripple generated.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

على مدى السنوات القليلة الماضية، اجتذبت محولات التيار المستمر العالية اهتمامًا كبيرًا بسبب تطبيقها واسع النطاق ليس فقط في قطاع الطاقة المتجددة ولكن أيضًا في العديد من التطبيقات الأخرى. للحصول على زيادة الجهد العالي في الطاقة الكهروضوئية (PV) وغيرها من تطبيقات الطاقة المتجددة، يُقترح في هذه الورقة محول تيار مستمر عالي الارتفاع. يتكون هيكل المحول المقترح من وحدة جسر كامل (FB) جنبًا إلى جنب مع محث تعزيز الإدخال ومضاعف الجهد بناءً على مبدأ كوكروفت والتون (CW) مع محث موازٍ. السمات الرئيسية للمحول المقترح هي: 1) كسب الجهد العالي مع انخفاض الجهد على المفاتيح والصمامات الثنائية والعناصر السلبية الأخرى دون التأثير على عدد المراحل المتتالية، 2) الحد الأدنى لحجم حث التعزيز والسعة المتتالية للمرحلة التي تضمن صغر حجمها وتكلفتها المنخفضة، و 3) الحد الأدنى لعدد المكونات الرئيسية. يتم شرح تشغيل الدائرة وتحليل الحالة الثابتة ومعلمات التصميم المختلفة للمحول المقترح بالتفصيل. من أجل إثبات أداء التحليل النظري، يتم أيضًا تنفيذ نموذج أولي للمختبر. كسب جهد الذروة والكفاءة القصوى التي تم الحصول عليها هي 11.9 و 94.6 ٪ على التوالي مع تموج تيار الدخل المنخفض للغاية وتموج جهد الخرج المتولد.

Translated Description (French)

Au cours des dernières années, les convertisseurs CC-CC à haute élévation ont attiré une attention considérable en raison de leur vaste application non seulement dans le secteur des énergies renouvelables, mais également dans de nombreuses autres applications. Pour acquérir un gain de tension élevé dans le photovoltaïque (PV) et d'autres applications d'énergie renouvelable, un convertisseur CC-CC à haute élévation est proposé dans cet article. La structure de convertisseur proposée se compose d'un module à pont complet (FB) avec une inductance d'amplification d'entrée et un multiplicateur de tension basé sur le principe de Cockcroft-Walton (CW) avec une inductance parallèle. Les principales caractéristiques du convertisseur proposé sont : 1) un gain de haute tension avec une contrainte de tension plus faible sur les commutateurs, les diodes et autres éléments passifs sans affecter le nombre d'étages en cascade, 2) une taille minimale d'inductance d'amplification et de capacité d'étage en cascade qui garantit sa compacité et son faible coût, et 3) un nombre minimal de composants principaux. Le fonctionnement du circuit, l'analyse en régime permanent et divers paramètres de conception du convertisseur proposé sont expliqués en détail. Afin de prouver la performance de l'analyse théorique, un prototype de laboratoire est également mis en œuvre. Le gain de tension de crête et l'efficacité maximale obtenus sont respectivement de 11,9 et 94,6% avec une très faible ondulation de courant d'entrée et une ondulation de tension de sortie générées.

Translated Description (Spanish)

En los últimos años, los convertidores de corriente continua de alto aumento han recibido una atención considerable debido a su amplia aplicación no solo en el sector de las energías renovables, sino también en muchas otras aplicaciones. Para adquirir una ganancia de alta tensión en la energía fotovoltaica (PV) y otras aplicaciones de energía renovable, se propone un convertidor de CC-CC de alto aumento en este documento. La estructura del convertidor propuesta consiste en un módulo de puente completo (FB) junto con un inductor de refuerzo de entrada y un multiplicador de voltaje basado en el principio de Cockcroft-Walton (CW) con un inductor paralelo. Las características clave del convertidor propuesto son: 1) ganancia de alta tensión con menor tensión en los interruptores, diodos y otros elementos pasivos sin afectar el número de etapas en cascada, 2) un tamaño mínimo de inductancia de refuerzo y capacitancia de etapa en cascada que garantice su compacidad y bajo costo, y 3) un número mínimo de componentes principales. El funcionamiento del circuito, el análisis de estado estacionario y varios parámetros de diseño del convertidor propuesto se explican en detalle. Para probar el desempeño del análisis teórico, también se implementa un prototipo de laboratorio. La ganancia de voltaje pico y la eficiencia máxima obtenida son 11.9 y 94.6% respectivamente con rizado de corriente de entrada y rizado de voltaje de salida muy bajos generados.

Files

journal.pone.0206691&type=printable.pdf

Files (3.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:81245bb4c1fd877b5c33f02d1781c9b8
3.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
محول تيار مستمر متسلسل بجهد كهربائي عالي للتطبيقات الكهروضوئية
Translated title (French)
Convertisseur CC-CC en cascade à gain de tension élevé pour application photovoltaïque
Translated title (Spanish)
Convertidor dc-dc en cascada de puente completo de alta ganancia de voltaje para aplicación fotovoltaica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2902590374
DOI
10.1371/journal.pone.0206691

Is supplement to
https://openalex.org/W4306929352 (Other)
https://openalex.org/W3152785365 (Other)
https://openalex.org/W3115065686 (Other)
https://openalex.org/W3023316793 (Other)
https://openalex.org/W3021572756 (Other)
https://openalex.org/W2534811423 (Other)
https://openalex.org/W2349214957 (Other)
https://openalex.org/W2325209457 (Other)
https://openalex.org/W2283247349 (Other)
https://openalex.org/W2085956837 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1266051337
  • https://openalex.org/W1992206455
  • https://openalex.org/W1995512292
  • https://openalex.org/W2011523868
  • https://openalex.org/W2024655227
  • https://openalex.org/W2026798605
  • https://openalex.org/W2034604980
  • https://openalex.org/W2090915325
  • https://openalex.org/W2099758015
  • https://openalex.org/W2104831662
  • https://openalex.org/W2127426054
  • https://openalex.org/W2134431062
  • https://openalex.org/W2135104024
  • https://openalex.org/W2137305953
  • https://openalex.org/W2154015682
  • https://openalex.org/W2156353440
  • https://openalex.org/W2166072547
  • https://openalex.org/W2166463708
  • https://openalex.org/W2177150606
  • https://openalex.org/W2178675979
  • https://openalex.org/W2201224272
  • https://openalex.org/W2208700473
  • https://openalex.org/W2326060159
  • https://openalex.org/W2473550654
  • https://openalex.org/W2516197224
  • https://openalex.org/W2557904844
  • https://openalex.org/W2588965361
  • https://openalex.org/W2595210864
  • https://openalex.org/W2615101932
  • https://openalex.org/W2741173782
  • https://openalex.org/W2746534899
  • https://openalex.org/W2754127609
  • https://openalex.org/W2762593023
  • https://openalex.org/W2772540750
  • https://openalex.org/W2799531777
  • https://openalex.org/W2810342617