Resonant-mode switched-capacitor DC-DC converter with Inductance on PCB. An analysis and comparison of parameters

• Autorzy: Stala R. , Mondzik A. , Kawa A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2016.04.45

Warianty tytułu

PL

Rezonansowy przekształtnik DC-DC z przełączalnymi kondensatorami i indukcyjnością wykonaną na PCB. Analiza i porównanie parametrów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents comparison of operation parameters and components selection procedure for DC-DC switched capacitor converter in two cases of resonant inductors design. In both cases the inductors are connected in series with switched capacitors. Design with air cored inductor with PCB winding and inductor with planar ferrite core have been analyzed. Both cases differs in meaning of achievable inductance, resistance and demanded PCB area that have significantly influence on selection of other components and power losses of converter. The paper indicates the range of inductance of switched capacitors circuit that is beneficial in the meaning of optimization of size of components. In the paper, an analysis of resonant DC-DC switched capacitor converter with voltage gain of two, as well as simulation and experimental results have been presented.

PL

W artykule przedstawiono porównanie parametrów pracy i doboru elementów dla układu przekształtnika DC-DC o przełączanych kondensatorach dla dwóch przypadków realizacji indukcyjności rezonansowej w obwodzie przełączanego kondensatora. Analizowane będą przypadki, w których Indukcyjność uzyskano jako dławik powietrzny zrealizowany w obwodzie drukowanym (PCB) oraz jako dławik z rdzeniem ferrytowym planarnym. Oba przypadki różnią się pod względem możliwej do uzyskania indukcyjności, a także rezystancji i wymaganej powierzchni PCB, co znacząco wpływa na dobór pozostałych elementów w układzie oraz straty energii. W artykule wykazano, w jakim zakresie wartości indukcyjność obwodu przełączanych kondensatorów wpływa korzystnie, a w jakim niekorzystnie ze względu na optymalizację wielkości elementów układu. W artykule przedstawiono analizę układu, wyniki symulacyjne oraz wyniki badań eksperymentalnych przekształtnika rezonansowego DC-DC o przełączanych kondensatorach o podwójnym wzmocnieniu napięcia.

Słowa kluczowe

EN

switched-capacitor; DC-DC resonant converter; ZCS

PL

kondensator przełączany; przekształtnik rezonansowy DC/DC; ZCS

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 92, nr 4
• Strony: 205--209
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Stala R.

• AGH University of Science and Technology Faculty of Electrical Engineering, Automatics, Computer Science and Biomedical Engineering Department of Power Electronics an Energy Control Systems Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow

autor

Mondzik A.

• AGH University of Science and Technology Faculty of Electrical Engineering, Automatics, Computer Science and Biomedical Engineering Department of Power Electronics an Energy Control Systems Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow

autor

Kawa A.

• AGH University of Science and Technology Faculty of Electrical Engineering, Automatics, Computer Science and Biomedical Engineering Department of Power Electronics an Energy Control Systems Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow

Bibliografia

• [1] Makowski, M.S., Realizability conditions and bounds on synthesis of switched-capacitor DC-DC voltage multiplier circuits, Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications, IEEE Transactions on, vol.44, no.8, Aug 1997, 684-691
• [2] Yuanmao Ye; Cheng, K.W.E., A Family of Single-Stage Switched-Capacitor–Inductor PWM Converters, Power Electronics, IEEE Transactions on , vol.28, no.11, Nov. 2013, 5196-5205
• [3] Ioinovici, A., Switched-capacitor power electronics circuits, Circuits and Systems Magazine, IEEE , vol.1, no.3, Third Quarter 2001,37-42
• [4] Dong Cao; Fang Zheng Peng, A family of zero current switching switched-capacitor dc-dc converters, Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2010 Twenty- Fifth Annual IEEE, vol., no., 21-25 Feb. 2010, 1365-1372
• [5] Ye, Y.; Cheng, K.E.; Liu, J.; Xu, C., A Family of Dual-Phase-Combined Zero-Current Switching Switched-Capacitor Converters, Power Electronics, IEEE Transactions on, vol. 29, no. 9, Aug. 2014, 4209-4218
• [6] Yeung, Y. P B; Cheng, K. W E; Ho, S.L.; Law, K. K.; Sutanto, D., Unified analysis of switched-capacitor resonant converters, Industrial Electronics, IEEE Transactions on , vol.51, no.4, 2004
• [7] Surma P., Dobór wartości indukcyjności przekształtnika DC-DC o przełączanych kondensatorach., Przegląd Elektrotechniczny, 2015r.,nr 03, 190–193
• [8] Piróg S., Baszyński M., Czekoński J., Gąsiorek S, Mondzik A., Stala R., Wielokomórkowy falownik napięcia: realizacja praktyczna, Przegląd Elektrotechniczny, 2008r.,nr 4, 47–53
• [9] Stala R., Piróg S., Baszyński M., Mondzik A., Penczek A., Czekoński J., Gąsiorek S., Results of investigation of multicell converters with balancing circuit, Part 1, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2009 vol. 56 nr 7, 2610–2619
• [10] Stala R., Piróg S., Baszyński M., Mondzik A., Penczek A., Czekoński J., Gąsiorek S., Results of investigation of multicell converters with balancing circuit, Part 2, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2009 vol. 56 nr 7, 2620–2628
• [11] Stala R., Mondzik A., Proces równoważenia napięć w wielokomórkowym przekształtniku typu AC/AC, Przegląd Elektrotechniczny, 2009 r, nr 7, 168–172

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.