سامانه ‏های غیرخطی در مهندسی برق

سامانه ‏های غیرخطی در مهندسی برق

اینورتر نه‌سطحی دوبرابرکننده ترکیبی با TSV کاهش‌یافته و بیشینه دشارژ پیوسته کوتاه و غیرتکراری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی برق، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
2 دانشگاه محقق اردبیلی
چکیده
در این مقاله یک ساختار نوین برای اینورتر نه‌سطحی مبتنی بر کلیدزنی خازنی با قابلیت افزایش دوبرابری ولتاژ ارائه می‌شود. ساختار پیشنهادی با استفاده از یازده کلید و دو خازن، تولید سطوح افزاینده با ریپل کم و تنش محدود بر عناصر نیمه‌هادی را فراهم می‌سازد؛ به‌گونه‌ای که بیشینه تنش ولتاژ هر کلید به 0.5Vmax و مجموع ولتاژ مسدودکنندگی مجموعه به 4.5Vmax محدود می‌شود. تعریف مسیرهای شارژ مستقل، حذف دیودهای جانبی و سطوح شارژ زیاد همراه با تعداد و بازه دشارژ پیوسته کم، بدون نیاز به افزایش مقاومت پارازیتی در حلقه‌های شارژ، منجر به شارژ نرم و کاهش جریان هجومی می‌گردد. همچنین استفاده از مدولاسیون شیفت‌سطحی که در آن تغییر وضعیت کلیدها تنها در نقاط تغییر سطح انجام می‌شود، موجب کوتاه و غیرتکراری شدن دوره دشارژ پیوسته خازن‌ها شده و در نتیجه با تفکیک حلقه‌های شارژ، تعادل خودکار ولتاژ خازن‌ها و کاهش ریپل ولتاژ فراهم می‌شود. ساختار پیشنهادی از نظر توسعه‌پذیری نیز کارآمد بوده و با افزودن واحدهای تکرارشونده، امکان افزایش تعداد سطوح یا بهره ولتاژ فراهم می‌شود؛ درحالی‌که مقدار MBV حفظ شده و TSV نیز در محدوده کنترل‌شده باقی می‌ماند. مقایسه با ساختارهای مرسوم نشان می‌دهد که این طرح به دلیل تعداد کمتر عناصر، تنش ولتاژ پایین‌تر، هزینه و حجم کمتر، تعادل خودکار ولتاژ خازن‌ها بدون نیاز به حسگر یا کنترل کمکی و عملکرد مناسب تحت شرایط بار مختلف، مزایای قابل‌توجهی دارد. نتایج شبیه‌سازی و آزمایشگاهی نیز صحت عملکرد ساختار پیشنهادی را تأیید می‌کنند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] N. Kishore, K. Shukla, and N. Gupta, “Generalized switched-capacitor-based hybrid multilevel inverter with reduced components count and inrush current,” IEEE Trans. Circuits Syst. I: Reg. Papers, 2024.
[2] G. de Oliveira Assunção, A. Yazdani, and B. Wu, “Scalable bidirectional switched-capacitor multilevel inverter with enhanced voltage gain,” IEEE Trans. Power Electron., 2025.
[3] H. Mansourizadeh, M. Hosseinpour, A. Seifi, and M. Shahparasti, “A 13-level switched-capacitor-based multilevel inverter with reduced components and inrush current limitation,” Sci. Rep., vol. 15, no. 1, p. 290, 2025.
[4] M. Saeedian, S. M. Hosseini, and J. Adabi, “Step-up switched-capacitor module for cascaded MLI topologies,” IET Power Electron., vol. 11, no. 7, pp. 1286–1296, 2018.
[5] V. S. K. Prasadarao, S. Peddapati, and B. Kumar, “A voltage-boosting seven-level switched-capacitor multilevel inverter with reduced device count,” IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron., vol. 12, no. 1, pp. 743–753, 2023.
[6] A. Singh et al., “A novel 7-level SCMLI with selective harmonic elimination via war strategy optimization,” Results Eng., p. 105765, 2025.
[7] R. Barzegarkhoo et al., “Switched-capacitor multilevel inverters: A comprehensive review,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 37, no. 9, pp. 11209–11243, 2022.
[8] N. Sandeep and J. S. Ali, “An improved quadruple-boost switched-capacitor-based nine-level inverter,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 38, no. 8, pp. 9335–9339, 2023.
[9] S. Islam et al., “A 9- and 13-level switched-capacitor-based multilevel inverter with enhanced self-balanced capacitor voltage capability,” IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron., vol. 10, no. 6, pp. 7225–7237, 2022.
[10] N. P. Gopinath and K. Vijayakumar, “Common ground nine-level boost inverter for grid-connected PV applications,” Frontiers Energy Res., vol. 10, p. 922786, 2022.
[11] M. Ali, M. Tariq, A. Sarwar, and B. Alamri, “A 13-, 11-, and 9-level boosted operation of a single-source asymmetrical inverter with hybrid PWM scheme,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 69, no. 12, pp. 12817–12828, 2022.
[12] M. D. Siddique et al., “Single-phase step-up switched-capacitor-based multilevel inverter topology with SHEPWM,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 57, no. 3, pp. 3107–3119, 2021.
[13] N. Sandeep, J. S. M. Ali, U. R. Yaragatti, and K. Vijayakumar, “Switched-capacitor-based quadruple-boost nine-level inverter,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 34, no. 8, pp. 7147–7150, 2019.
[14] Y. Wang et al., “A nine-level switched-capacitor step-up inverter with low voltage stress,” J. Electr. Eng. Technol., vol. 18, no. 2, pp. 1147–1159, 2023.
[15] K. Varesi et al., “Single-input quadruple-boosting switched-capacitor nine-level inverter with self-balanced capacitors,” IEEE Access, vol. 10, pp. 70350–70361, 2022.
[16] M. D. Siddique et al., “A new single-phase single switched-capacitor-based nine-level boost inverter topology with reduced switch count and voltage stress,” IEEE Access, vol. 7, pp. 174178–174188, 2019.
[17] J. Pan, Q. Chen, J. Xiong, and G. Chen, “A novel quadruple-boost nine-level switched-capacitor inverter,” J. Electr. Eng. Technol., vol. 18, no. 1, pp. 467–480, 2023.
[18] T. Debela Awas and J. Singh, “High-gain nine-level switched-capacitor multilevel inverter featuring less number of devices and leakage current,” Int. J. Circuit Theory Appl., vol. 51, no. 8, pp. 3746–3773, 2023.
[19] M. Hassan et al., “Self-balanced quadruple-boost nine-level switched-capacitor inverter for solar PV system,” Arabian J. Sci. Eng., vol. 48, no. 11, pp. 14717–14729, 2023.
[20] L. Prasanna, T. R. Jyothsna, and A. Venkatesh, “Single source switched capacitor boosting nine-level inverter for PV applications,” e-Prime—Adv. Electr. Eng. Electron. Energy, p. 101009, 2025.
[21] M. A. Azad et al., “A single-phase nine-level common-ground switched-capacitor inverter with double boosting capability,” IET Power Electron., vol. 17, no. 16, pp. 2900–2916, 2024.
[22] D. Kumar et al., “A new single-source switched-capacitor-based 9-level boost inverter topology with reduced part count,” ECTI Trans. Electr. Eng. Electron. Commun., vol. 23, 2025.
[23] R. K. Venkatesan and C. Lakshmikanthan, “A quadruple-boost nine-level common-ground inverter with reduced voltage stress for grid-connected PV systems,” Results Eng., p. 107883, 2025.
[24] R. Barzegarkhoo et al., “Nine-level nine-switch common-ground switched-capacitor inverter suitable for high-frequency AC-microgrid applications,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 37, no. 5, pp. 6132–6143, 2022.
[25] M. D. Siddique et al., “Single-phase boost switched-capacitor-based multilevel inverter topology with reduced switching devices,” IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron., vol. 10, no. 4, pp. 4336–4346, 2022.
[26] M. Ali, M. Tariq, A. Sarwar, and B. Alamri, “A 13-, 11-, and 9-level boosted operation of a single-source asymmetrical inverter with hybrid PWM scheme,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 69, no. 12, pp. 12817–12828, 2022.
[27] A. Srivastava and J. Seshadrinath, “A new nine-level highly efficient boost inverter for transformerless grid-connected PV application,” IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron., vol. 11, no. 3, pp. 2730–2741, 2022.
[28] S. Jakkula et al., “A generalized high-gain multilevel inverter for small-scale solar photovoltaic applications,” IEEE Access, vol. 10, pp. 25175–25189, 2022.

  • تاریخ دریافت 23 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری 07 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش 12 بهمن 1404
  • تاریخ اولین انتشار 12 بهمن 1404
  • تاریخ انتشار 01 اسفند 1403