Abstract
Fault detection and protection is an important design aspect for any power converter, especially in high-power high-voltage applications, where cost of failure can be high. The three-level dc-dc converter and its varied derivatives are attractive topologies in high-voltage high-power converter applications. The protection method can not only prevent the system failure against unbalanced voltage stresses on the switches, but also provide a remedy for the system as faults occur and save the remaining components. The three-level converter is subject to voltage unbalance in certain abnormal conditions, which can result in switch overvoltage and system failure. The reasons for the unbalanced voltage stresses are fully investigated and categorized. The solutions to each abnormal condition are introduced. In addition to the voltage unbalance, the three-level converters can be protected against multiple faults by the proposed protection method through monitoring the flying capacitor voltage. Phenomena associated with each fault are thoroughly analyzed and summarized. The protection circuit is simple and can be easily implemented, while it can effectively protect the three-level converters and its derivatives, which has been verified by the experiment with a three-level parallel resonant convert
چکیده
تشخیص خطا و حفاظت، یکی از موضوعات مهم برای هر مبدل قدرت است به خصوص در کاربردهای توان بالا و ولتاژ بالا، که در این کاربردها، هزینه خرابی میتواند بسیار بالا باشد. مبدل dc-dc سه سطحی و مشتقات گوناگون آن از ساختارهای جالبتوجه در کاربردهای توان بالا و ولتاژ بالا به شمار میآیند. روش حفاظت به تنهایی نمیتواند از خرابی سیستم در مقابل استرسهای ناشی از عدم ولتاژ در سوئیچها جلوگیری کند، اما میتواند خسارتهای به وجود آمده را تا حدی مرتفع نموده و اجزای سیستم را بدون نقص حفظ کند. مبدل سه سطحی، هدف ولتاژ نامتعادل در شرایط غیرعادی و خاص سیستم میباشد که این شرایط میتواند سبب اضافه ولتاژ سوئیچها و خرابی سیستم گردد. دلایل بروز استرسهای ناشی از عدم ولتاژ به صورت کامل بررسی و طبقهبندی شده است. راهکارهایی نیز برای هر یک از این شرایط غیرعادی معرفی شده است. همچنین علاوه بر عدم تعادل ولتاژ، مبدلهای سه سطحی را میتوان در مقابل خطاهای متعدد سیستم با استفاده از روش حفاظتی پیشنهادی که بر مبنای مانیتورینگ ولتاژ خازن شناور میباشد، محافظت نمود. پدیده مرتبط با هر خطا به صورت کامل تحلیل شده و به طور خلاصه بیان شده است. مدار حفاظت بسیار ساده بوده و به راحتی میتواند پیادهسازی گردد، در عین حال که قابلیت حفاظتی بالایی را میتواند برای مبدلهای سه سطحی و مشتقات آن فراهم کند. این مسئله به کمک آزمایش یک مبدل سه سطحی موازی به صورت تشدیدی تأیید شده است.
1-مقدمه
قابلیت اطمینان همیشه یکی از موضوعات حیاتی برای مبدلهای قدرت بوده است. خطاها ممکن است حتی در مدارهایی که به صورت دقیق طراحی شدهاند هم رخ دهد. تشخیص خطا و حفاظت یک موضوع مهم در طراحی مبدلهای قدرت است، به خصوص در کاربردهای توان بالا و ولتاژ بالا که در این کاربردها، هزینه خرابی بسیار بالا بوده و در نتیجه، خرابی جدیتر خواهد بود. در کاربردهای مبدل توان بالا و ولتاژ بالای dc-dc، مبدل سه سطحی dc-dc و مشتقات گوناگون آن از ساختارهای جالبتوجه به شمار میآیند. شکل 1 یک مبدل تشدیدی سه سطحی و موازی dc-dc را به عنوان نمونه نشان میدهد...