عنوان اختراع پيشنهادي مبدل DC/DC با دو پورت خروجي با قابليت تغذيه بار توان ثابت مي باشد. اين اختراع مي تواند به صورت گسترده اي در تغذيه بارهاي صنعتي بكار رود. از جمله مشكلات فني در سيستم‌هاي موجود مي توان به راندمان و بهره ولتاژ پايين و استفاده از روش‌هاي كنترل پيچيده و مسئله ايزولاسيون اشاره نمود. در اختراع پيشنهادي، يك پورت خروجي به صورت ولتاژ ثابت و پورت ديگر به صورت توان ثابت مي‌باشد كه كنترل

در اين اختراع، يك مبدل dc-dc ايزوله نشده با بهره‌ي زياد ولتاژ و استرس ولتاژ كم روي نيمه هادي‌ها ارائه گرديد. در طبقه‌ي ورودي مبدل از n واحد سلفي-خازني-ديودي جهت جذب انرژي در بازه‌ي روشن بودن كليد استفاده مي‌شود كه نتيجه‌ي آن بالا رفتن بهره‌ي ولتاژ مبدل مي‌باشد. از طرفي در خروجي مبدل با بهره‌گيري از تكنيك خازن‌هاي هيبريد كليدزني به‌عنوان سلول ضرب‌كننده علاوه بر افزايش ولتاژ خروجي مقدار استرس ولتاژ روي كليد نيز كاهش يافت. در نتيجه با سيكل كاري كمتر دستيابي به بهره ولتاژ مورد نظر امكان پذير خواهد شد. اين امر با افزايش كنترل‌پذيري مبدل، افزايش گستره‌ي عملكرد آن و همچنين كاهش تلفات هدايتي و كليدزني همراه مي‌باشد. آناليز انجام گرفته براي محاسبه‌ي استرس ولتاژ كليد نشان مي‌دهد كه با افزايش تعداد طبقات، استرس ولتاژ روي المان‌ها با مقادير متناظر خود با وجود يك طبقه در ورودي مبدل برابر خواهند بود. از طرفي ديگر ساختار پيشنهادي به علت تقسيم جريان بين طبقات با كاهش تلفات هدايتي نيمه‌هادي همراه مي‌باشد كه سبب افزايش راندمان خواهد شد. جهت بررسي صحت عملكرد مبدل و روابط رياضي ارائه شده، مبدل در نرم افزار PSCAD/EMTDC شبيه سازي و يك نمونه آزمايشگاهي 50 وات طراحي و ساخته شد. نتايج بدست آمده درستي تحليل و عملكرد ساختار را تائيد كردند.

عنوان: مبدل DC-DC با بهره ولتاژ بالا و كليدزني نرم كامل بدون استفاده از ترانس. در اين اختراع تجربي يك مبدل DC-DC با بهره ولتاژ بالا و با قابليت كليدزني نرم پيشنهاد شده است. عملكرد اين مبدل در افزايش ولتاژ خروجي بدون استفاده از ترانسفورماتور است و مبدل داراي دو درجه آزادي مستقل از هم مي‌باشد كه هم‌زماني استفاده از اين چند مزيت در نوع خود بدون نمونه قبلي است. شاخه علمي اختراع مربوط به برق و مبدل‌هاي الكتورنيك قدرت و زمينه فني آن مربوط به انرژي‌هاي تجديدپذير و ادوات واسط سيستم‌هاي فتوولتائيك است. مزيت برجسته اين مبدل در استفاده از يك تانك تشديدي براي كليدزني نرم در ادوات نيمه‌هادي است؛ به طوري كه اين تانك تشديدي كليدزني تحت ولتاژ و جريان صفر را براي تمامي كليدها و ديودها در زمان روشن و خاموش شدن فراهم مي‌كند. در اين اختراع مبدل پيشنهادي ارائه و عملكرد آن در مدهاي كاري تحليل و روند كامل طراحي مبدل بدست آمده است. نهايتا نتايج شبيه‌سازي در نرم‌افزار PSCAD/EMTDC به همراه نتايج نمونه عملي ساخت شده براي تاييد نتايج تئوري ارائه شده است.

عنوان: مبدل flyback با كليدزني نرم كامل ZVZCS قابل استفاده در سيستم‌هاي فتوولتائيك در اين اختراع تجربي يك مبدل جريان دائم flyback با قابليت كليدزني تحت ولتاژ و جريان صفر (ZVZCS) با استفاده از يك مدار كمكي تشديدي فعال پيشنهاد مي‌شود. اين مدار تشديدي شرايط كليدزني ZVZCS را براي كليد اصلي، كمكي و ديودهاي مبدل در هر دو زمان روشن و خاموش شدن آن‌ها فراهم مي‌كند. شاخه علمي اختراع مربوط به برق و مبدل‌هاي الكترونيك قدرت و زمينه فني اختراع انرژي‌هاي تجديدپذير و ادوات واسط سيستم‌هاي فتوولتائيك مي باشد. از مشكلات فني موجود در اين مبدل هاي گذشته مي توان به تلفات بالاي آنها اشاره نمود كه در اين اختراع اين مشكل با اتخاذ تكنيك كليدزني نرم برطرف شده است. تكنيك كليدزني نرم مورد استفاده در اين مبدل كه شامل تانك تشديدي و روش كليدزني مي‌باشد، باعث كاهش تلفات كليدزني و به تبع آن افزايش راندمان و محدوده فركانس كليدزني مبدل مي‌شود. استفاده از ترانسفورماتور نيز باعث ايجاد ايزولاسيون و افزايش ايمني مبدل مي‌شود. اختراع پيشرو با توجه به راندمان بالا، باعث صرفه جويي در مصرف انرژي و صرفه جويي اقتصادي در سيستم هاي فتوولتائيك مي شود.

اينورترهاي چند سطحي در مقايسه با اينورترهاي مرسوم دو سطحي به دليل توانايي كار در ولتاژ و توان بالا مورد توجه قرار گرفته‌اند. هم چنين افزايش كيفيت توان خروجي، كاهش استرس ولتاژ بر روي كليدها، تلفات كليدزني، مولفه‌هاي هارمونيكي مرتبه پايين و تداخل الكترومغناطيسي برخي از مزاياي اينورترهاي چند سطحي بوده كه علاقه‌مندي به آن‌ها را افزايش داده است. تاكنون ساختارهاي مختلفي براي اينورترهاي چند سطحي به منظور افزايش تعداد سطوح ولتاژ خروجي ارائه شده است. ساختارهاي مرسوم اينورترهاي چند سطحي به دليل نياز به تعداد زياد ادوات الكترونيك قدرت هزينه بالاتر و پيچيدگي زيادي دارند كه موجب شده است در عمل محدود به تعداد سطوح ولتاژ پايين بشوند. در اين اختراع، اينورتر چند سطحي مبتني بر پل H توسعه يافته پيشنهاد شده است كه تعداد كليدهاي الكترونيك قدرت را به طور چشم‌گيري كاهش مي‌دهد. از آنجايي كليدهاي به كار رفته در اين ساختار از نوع يك‌طرفه ولتاژ هستند لذا در اين ساختار تعداد كليدها با تعداد IGBTها، ديودها و مدارات راه‌انداز يكسان بوده و كاهش در تعداد كليدها در اين ساختار به معني كاهش در تعداد مورد نياز اين ادوات نيز مي‌باشد. هم چنين در اين ساختار تعداد منابع ولتاژ dc مورد نياز و حداكثر ولتاژ مسدود شده توسط كليدها به منظور توليد تعداد سطوح ولتاژ منحصر به فردي به شدت كاهش يافته است. نتيجه مهم اين مزايا كاهش فضاي مورد نياز براي نصب و هزينه كلي اينورتر و همچنين سادگي ساختار و كنترل آن مي‌شود و بدين ترتيب امكان ساخت آن براي تعداد سطوح ولتاژ زياد فراهم مي‌آيد. اينورتر چند سطحي پيشنهادي مي‌تواند براي هر تعداد سطوح ولتاژ طراحي شود و محدوديتي در ولتاژ نامي خروجي ندارد. يك نمونه آزمايشگاهي از اينورتر چند سطحي پيشنهادي ساخته شده و نتايج آن براي تاييد ساختار پيشنهادي ارائه شده است. اينورتر ساخته شده 31 سطحي مي‌باشد كه براي توليد حداكثر ولتاژ V225 طراحي شده است و داراي 10 كليد قدرت و 4 منبع ولتاژ با مقادير V15، V30، V75، V150 مي‌باشد.

در اين اختراع، يك واسط الكترونيك قدرت (مبدل‌) dc-dc چندورودي-تك‌خروجي غيرايزوله بدون سلف تزويج مدولار، با قابليت توليد بهره ولتاژ بالا پيشنهاد مي‌شود. اختراع پيشنهادي قادر است تا با تركيب انرژي منابع مختلف (با مشخصات ولتاژ-جريان گوناگون) توان مورد نياز با را فراهم سازد. ويژگي چندورودي بودن، قابليت اطمينان توان‌رساني اين اختراع را افزايش داده است، زيرا در صورت قطع شدن يك و يا تعدادي از منابع، همچنان امكان توان‌رساني به بار مهيا خواهد بود. امكان شارش توان دوطرفه براي ورودي اول امكان‌پذير است، با تغييرات اندكي مي‌توان امكان شارش توان دوطرفه را براي هر يك از منابع ورودي ميسر ساخت. جريان پيوسته منابع ورودي به عنوان يكي ديگر از مزاياي اختراع پيشنهادي، امكان استفاده از آن در كاربردهاي رديابي نقطه توان بيشينه در سلول‌هاي خورشيدي را فراهم مي‌سازد. ساختار پيشنهادي، براي توليد بهره ولتاژ مطلوب، از تعداد عناصر (سلف، خازن، كليد و ديود) كمتري نسبت به ساير ساختارهاي ارائه شده‌ي اخير استفاده مي‌كند. به عبارت ديگر، با استفاده از تعداد عناصر و همچنين سيكل‌كاري يكسان، ساختار پيشنهادي قادر است تا بهره ولتاژ بالاتري را نسبت ساير ساختارها ارائه دهد. بنابراين، هزينه، اندازه، وزن و پيچيدگي آن نسبت به ساير ساختارهاي مورد مقايسه، كمتر است. همچنين ميزان نرماليزه شده تنش ولتاژ پائين روي كليدها/ديودها علي‌رغم توليد بهره ولتاژ بالا، از ديگر ويژگي‌هاي ممتاز مبدل پيشنهادي مي‌باشند. ويژگي‌هاي ذكر شده، اختراع پيشنهادي را به عنوان گزينه بسيار مناسبي براي كاربردهاي انرژي‌هاي نو (و يا خودروهاي الكتريكي/هيبريدي) معرفي مي‌كند. در اين اختراع، شكل كلي مبدل پيشنهادي ارائه شده و مدهاي كاري آن براي حالت دو ورودي، بطور كامل معرفي شده است. سپس، ملاحظات طراحي مبدل پيشنهادي مورد بررسي قرار گرفته است. براي ارزيابي بهتر، ساختار پيشنهادي به لحاظ قابليت توليد بهره ولتاژ بالا و همچنين تعداد عناصر بكار گرفته شده، با تعدادي از ساختارهاي جديدي كه اخيراً در همين زمينه معرفي شده‌اند، مورد مقايسه قرار گرفته است. در ادامه، نمونه آزمايشگاهي ساختار پيشنهادي براي دو ورودي ساخته شده است. نتايج عملي بدست آمده، صحت عملكرد مبدل پيشنهادي را تأييد مي‌كنند.

عنوان اختراع پيشنهادي اينورتر با بهره ولتاژ بالا بر پايه ساختار DC-DC ايزوله قابل استفاده در سيستم‌هاي فتوولتائيك مي باشد. اين اختراع مي تواند به صورت گسترده اي در سيستم هاي فتوولتائيك كه زير مجموعه سيستم هاي انرژي تجديدپذير است كاربرد داشته باشد. از جمله مشكلات فني در سيستم هاي موجود مي توان به راندمان و بهره ولتاژ پايين و استفاده از تعداد ماژولهاي زياد براي توليد تعداد سطوح خاص اشاره نمود. در اختراع پيشنهادي مشكل موجود در بهره ولتاژ و راندمان حل شده است و از تعداد ماژولهاي كمتري براي توليد اعداد سطوح خاص استفاده شده است. اساس راه حل ارائه شده استفاده از تركيب سري شده ساختارهاي DC-DC ايزوله با قابليت كليدزني نرم و بهره ولتاژ بالا مي باشد.

خلاصه اختراع عنوان: مبدل‌هاي اينورتري چندسطحي با بهره ولتاژ بالا مبتني بر كليدزني خازني در اين اختراع، مبدل‌هاي چند‌سطحي با خاصيت افزايندگي ولتاژ معرفي مي‌شود. اين مبدل ها به دو قسمت عمده براي كاربردهاي سطوح ولتاژ بالا و پايين تقسيم مي شود. براي مبدل‌هاي پيشنهادي چندين روش براي تعيين مقادير منابع ولتاژ DC توضيح داده مي‌شود. مبدل‌هاي پيشنهادي به صورت قابل توجهي قادر به افزايش سطح ولتاژ در خروجي مي‌باشند. هم چنين اين مبدل‌ها جهت توليد تعداد زيادي سطح در شكل موج ولتاژ خروجي قابل توسعه مي‌باشند كه اين امر مي‌تواند منجر به كاهش اعوجاج ولتاژ خروجي گردد. از ديگر مزاياي مبدل‌هاي پيشنهادي مي توان به تعادل مناسب ولتاژ در خازن‌ها اشاره نمود. محاسبات تلفات براي مبدل هاي پيشنهادي به طور كامل انجام گرفته و كاهش تلفات منجر به افزايش راندمان و صرفه جويي اقتصادي در بهره برداري از منابع انرژي تجديدپذير خواهد شد. همچنين در بخش پاياني مقايسه ي كاملي مابين مبدل هاي پيشنهادي و مبدل هاي ارائه شده در سال هاي اخير در مقالات و مجلات معتبر جهاني انجام مي گيرد. در نهايت نتايج عملي جهت تاييد عملكرد ساختارهاي پيشنهادي ارائه مي‌گردد.

ذخيره سازي انرژي در باتريها نقش مهمي را در سيستمهاي الكتريكي مقياس كوچك و بزرگ شامل وسايل قابل حمل، انرژيهاي تجديد پذير، حمل و نقل برقي، شبكههاي هوشمند، فضاپيماها، كاربردهاي نظامي و... ايفا ميكند. با توجه به پايين بودن سطح ولتاژ سلولهاي ذخيره ساز انرژي )مانند سلول باتري ليتيومي(، لازم است كه سلولها با هم سري شوند تا با تشكيل يك رشته سلول نيازهاي ولتاژ مصرف كننده را برآورده سازند. به دليل عدم تطابق سلولها از لحاظ ظرفيت، سرعت دشارژ ذاتي، امپدانس داخلي و همچنين تفاوت دمايي در طول رشته )سرعت دشارژ ذاتي به طور قابل ملاحظه اي تابع دما است(، ولتاژ )شارژ( سلولهاي سري شده در زمان شارژ و دشارژ باهم متفاوت خواهد بود. متفاوت بودن شارژ سلولهاي سري شده در سطوح متوسط سبب كاهش طول عمر باتري، استفاده غيربهينه از انرژي و در سطوح بالاتر سبب خطاي عملكردي، آتش سوزي و حتي انفجار ميگردد. بنابراين عدم تعادل شارژ سلولها در رشته سلولهاي سري شده بسيار رايج و يك شاخص مهم براي مدت زمان عمر باتري ميباشد. براي غلبه بر اين مشكل از ساختارهاي يكسان ساز شارژ سلول- هاي سري شده استفاده ميشود، اين ساختارها كمك ميكنند تا شارژ سلولها متعادل و برابر شود و مشكلات گفته شده پيش نيايد. براي حل مشكل عدم يكسان بودن شارژ روي سلولهاي سري شده يك ساختار يكسان ساز شارژ پيشنهاد شده است. اين ساختار بر مبناي انتقال انرژي بين سلولها عمل ميكند و قادر به يكسان سازي شارژ سلولهاي سري شده همزمان با شارژ سلولها )يكسان سازي در حضور منبع خارجي(، همزمان با دشارژ سلولها )يكسان سازي در حضور بار( و در زمان قطع شارژر مي- باشد. در زمان شارژ سلولهاي سري شده كم شارژترين سلول از طريق ميكروكنترلر شناسايي ميشود و سپس يكي مسير اضافي براي شارژ بيشتر براي سلول هدف فراهم ميشود، بدين ترتيب سلول هدف علاوه بر مسير شارژ مشترك از طريق مسير يكسان ساز نيز شارژ ميشود، اين روند باعث ميشود كه سلول مذكور سريعتر شارژ شود و به سطح شارژ ساير سلولها برسد. در زمان دشارژ سلولهاي سري شده، سلول داراي بيشترين شارژ توسط ميكروكنترلر شناسايي ميشود و سپس يك مسير دشارژ اضافي براي آن ايجاد ميشود تا سريعتر دشارژ شود و بدين ترتيب به سطح شارژ ساير سلولها برسد. در زمان قطع شارژ، يكسان سازي همانند حالت اتصال شارژ صورت ميگيرد با اين تفاوت كه در اين حالت انرژي از مجموعه سلولهاي سري شده به سلول كم شارژ انتقال مييابد و بدين ترتيب شارژ سلول هدف افزايش پيدا ميكند و شارژ ساير سلولها كاهش پيدا ميكند تا در يك نقطه به هم برسند. با توجه به آنچه ذكر شد، ساختار پيشنهادي بسيار انعطاف پذير ميباشد و تحت هر شرايطي و مستقل از نوع المان وصل شده به دو سر آن )منبع، بار، مدار باز( قادر به يكسان سازي شارژ سلولهاي سري شده ميباشد و از اين طريق ضريب ايمني، ضريب استفاده و طول عمر سلولهاي سري شده افزايش مييابد. اين ساختار ميتواند به صورت يك مدار خارجي به ساير شارژهاي موجود اضافه شود و يا با اضافه كردن المانهاي لازم به يك شارژر/ دشارژر جامع تبديل شود.

عنوان اختراع پيشنهادي مبدل DC-DC ايزوله با بهره ولتاژ بالا و كليدزني ZVS و هيبريد دو درجه آزادي مستقل مي باشد. اين اختراع مي تواند به صورت گسترده اي در سيستم هاي فتوولتائيك كه زير مجموعه سيستم هاي انرژي تجديدپذير است كاربرد داشته باشد. از جمله مشكلات فني در سيستم‌هاي موجود مي توان به راندمان و بهره ولتاژ پايين و استفاده از روش‌هاي كنترل پيچيده با دامنه كنترل محدود و مسئله ايزولاسيون اشاره نمود. در اختراع پيشنهادي مشكل موجود در بهره ولتاژ و راندمان حل شده و از كليدزني نرم و دو درجه آزادي استفاده شده است. اساس راه حل ارائه شده استفاده از يك الگوريتم كليدزني هيبريد براي رسيدن به بهره ولتاژ بالا و كليدزني نرم در يك ساختار جديد DC-DC ايزوله مي باشد.