طراحی مبدل الکتریکی DC/DC با نسبت تبدیل ولتاژ بالا جهت کاربری در سیستم توان پیل سوختی میکروبی رسوبی

یکی از ملزومات بهره برداری کارآمدتر از منابع انرژی تجدیدپذیر همانند پیلهای سوختی، بکارگیری مبدلهای الکترونیک-قدرت جهت افزایش سطح ولتاژ این منابع است. از میان انواع مختلف پیل سوختی ، پیل سوختی میکروبی رسوبی، منبعی بسیار ارزشمند است که با تولید انرژی الکتریکی در بستر دریا، امکان تغذیه تجهیزات الکتریکی را فراهم می نماید. مشکل عمده پیل سوختی میکروبی رسوبی، تولید ولتاژ بسیار پایین و سطح توان بسیار پایین (در حد چند ده میلیوات) است و بهره برداری از این منبع، بکارگیری مبدل الکتریکی DC/DC با نسبت تبدیل ولتاژ بالا و فناوری خاص جهت انتقال توان با حداقل تلفات را اجتناب ناپذیر مینماید. در این مقاله، طرحی از یک مبدل الکتریکی DC/DC با نسبت تبدیل ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی بالا۱ پیشنهاد شده است که ویژگیهای برجستهای را از دیدگاه های بازده، میزان اعوجاج جریان ورودی، عملکرد حالات گذرا و ماندگار و فشار ولتاژی کلیدها دارد. ویژگی مبدل پیشنهادی، حفظ ویژگیهای مطلوب عملکردی در سطح بارگذاری بسیار پایین است، موضوعی که چالشی بسیار جدی در طراحی این نوع مبدلها محسوب میشود. ضرب کننده ولتاژی به کارگرفته شده در این مبدل ساختاری ساده متشکل از خازن، دیود و سلف دارد که علاوه بر افزایش ولتاژ، خاصیت مهارکنندگی ولتاژ کلید را دارد و در صورت نیاز و برای توسعه مبدل، میتوان از روش رزونانس نیز بهره برد. مبدل پیشنهادی در مقایسه با مبدلهای افزاینده مرسوم مانند باک-بوست۲، زتا۳و سپیک ۴، بهره ولتاژی بالاتری را در شرایطی که سیکل وظیفه کلید مقداری مناسب و قابل پیاده سازی دارد، ارائه میدهد. همچنین جهت کاهش اعوجاج جریان، مبدل پیشنهادی ساختار دولایه دارد. از سویی دیگر فشار ولتاژی کلیدها در ساختار پیشنهادی کم است که این موضوع امکان انتخاب کلیدهایی با مقاومت داخلی و تلفات حالت هدایت کمتر را فراهم مینماید که این موضوع سبب افزایش بازده مبدل پیشنهادی میشود.

کلیدواژه ها:

انرژیهای تجدیدپذیر ، پیل سوختی میکروبی رسوبی ، مبدل الکتریکی DC/DC ، بهره ولتاژ بالا ، ساختار دولایه.