Przekształtnik DC-DC 24V/12kV z transformatorem macierzowym do ładowarek kondensatorów wysokonapięciowych HVCC

• Autorzy: Pietryka Jędrzej , Adamowicz Marek , Krzemiński Zbigniew

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.03.01

Warianty tytułu

EN

24V/12kV DC-DC converter with a matrix transformer for high-voltage capacitor chargers HVCC

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono projekt i wykonanie kompaktowej, przenośnej wysokonapięciowej ładowarki kondensatorów 12kV, 1kJ/s, zasilanej z baterii akumulatorów 24V. Podstawowym wyzwaniem zaprojektowania przekształtnika o tak wysokiej przekładni transformatora jest minimalizacja indukcyjności rozproszenia transformatora, która wpływa na ograniczenie mocy przenoszonej przez transformator, a tym samym uniemożliwia regulację prądu i napięcia strony wtórnej przekształtnika. Przekształtnik DC-DC ładowarki wykorzystuje transformator macierzowy wysokiej częstotliwości o wspólnym uzwojeniu pierwotnym i 16 uzwojeniach wtórnych, z których 14 jest połączonych z mostkami prostowniczymi, a dwa stanowią uzwojenia pomocnicze. Szeregowo połączone wyjścia mostków prostowniczych tworzą wysokonapięciowe wyjście ładowarki

EN

The paper presents the design and implementation of a compact, portable high-voltage capacitor charger (HVCC) with a rating of 12kV, 1kJ/s, powered by a 24V battery. The challenge in designing a converter with such a high transformer turns ratio is to minimize the transformer leakage inductance, which affects the power handling capability of the transformer, thereby hindering the regulation of current and voltage on the secondary side of the converter. The DC-DC converter of the charger uses a high-frequency matrix transformer with a common primary winding and 16 secondary windings, out of which 14 are connected to rectifier bridges, while two serve as auxiliary windings. The serially connected outputs of the rectifier bridges form the high-voltage output of the charger.

Słowa kluczowe

PL

ładowarka kondensatorów wysokokonapięciowych; przekształtnik DC-DC; transformator macierzowy

EN

high voltage capacitor charger; HVCC; DC-DC converter; matrix transformer

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 3
• Strony: 1--7
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Pietryka Jędrzej

• MMB Drives Sp. z o.o., ul. Maszynowa 26, 80-298 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0002-5226-146X

autor

Adamowicz Marek

• Politechnika Gdańska, Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego i Konwersji Energii, ul. Gabriela Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0003-0561-8697

autor

Krzemiński Zbigniew

• MMB Drives Sp. z o.o., ul. Maszynowa 26, 80-298 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0001-6191-308X

Bibliografia

• [1] Maestri S., Retegui R. G., Uicich G., Benedetti M., Cravero J. M., Comparison of topologies suitable for capacitor charging systems, Proc. 15th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE), 2013, 1-9
• [2] Bagheri A., Iman-Eini H., A high-voltage capacitor charger based on a novel LCCL resonant converter, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 69(2022) nr 11, 11046-11054
• [3] Rąbkowski J., Łasica A., Zdanowski M., Wrona G., Starzyński J., Portable DC supply based on SiC power devices for high-voltage Marx generator, Electronics, 10(2021), nr3, 313
• [4] Gong J. W., Ryoo H. J., Ahn S. H., Jang S. R., Design and implementation of a 40-kV, 20-kJ/s capacitor charger for pulsed-power application. IEEE Transactions on Plasma Science, 42(2014), nr 11, 3623-3632
• [5] Wang, Y., Chen, J., Wang, L., Xu, M., Chen, H., Huang, J., Design and Implementation of a 2.1-kV Charging Power Supply for Capacitor Array of Pulse Power Modulators, Proc. IEEE 2nd International Conference on Information Technology, Big Data and Artificial Intelligence (ICIBA), Vol. 2, 2021, 36-40
• [6] Kavak H., Candan M. Y., Aydemir M. T., Experimental verification of output inductor-less phase-shifted full-bridge converter for capacitor charger application. Gazi University Journal of Science, 7(2020), nr 2, 59-68
• [7] Adamowicz M., Pietryka J., Krzemiński Z., Przekształtnik SiC DC-DC z transformatorem macierzowym do pokładowych ładowarek baterii akumulatorów taboru 3kV DC, Przegląd Elektrotechniczny, 99(2023) nr 3, 45-52
• [8] Saadati M., Ghayebloo A., Taheri A., A novel analog controller design scheme for LLC resonant converter used in battery charging application, IET Power Electronics, 15(2022), nr 9, 802-814
• [9] Qiu X., Fang Y., He L., Xing Y., Wang H., Novel Over-Current Protection for Peak Current Regulated DC-DC Converter. Proc. 33-rd IEEE Industrial Electronics Society IECON, 2007, 1995- 1998

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).