A synchronous resonant switched-capacitor DC-DC boost converter - experimental results and feasibility model

• Autorzy: Stala R. , Kawa A. , Penczek A. , Waradzyn Z. , Mondzik A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2018.05.24

Warianty tytułu

PL

Układ powielacza napięcia w technice przełączanych kondensatorów w topologii synchronicznej - badania eksperymentalne i studium wykonalności

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents results of experimental research of a resonant switched capacitor voltage multiplier (SCVM) in the synchronous topology (SYSCVM). The classical SCVM utilizes diodes in the branches responsible for charging the switched capacitors. In the SYSCVM, additional MOSFET switches are connected in parallel with the diodes. Therefore, an improvement of efficiency is achieved. The paper presents experimental results of operation and efficiency of the SYSCVM. Furthermore, the issues related to the design of the converter with synchronous switches and the problems of the supply of the gate drivers are discussed.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych rezonansowego przekształtnika DC-DC o przełączanych kondensatora powielającego napięcie stałe w topologii synchronicznej (SYSCVM – Synchronous Switched Capacitor Voltage Multiplier). W klasycznym rozwiązaniu analizowany przekształtnik o przełączanych kondensatorach wykorzystuje diody w obwodach ładowania przełączanych kondensatorów. W układzie SYSCVM diody połączone są równolegle z tranzystorami MOSFET dla uzyskania większej sprawności układu. Artykuł przedstawia wyniki pomiarów eksperymentalnych układu dotyczących weryfikacji działania układu oraz jego sprawności. Ponadto, problemy związane z praktyczną implementacją koncepcji synchronicznego układu (SYSCVM) zostają również omówione.

Słowa kluczowe

EN

multilevel converter; DC-DC converter; switched capacitors; voltage multiplier; charge pump

PL

przekształtnik wielopoziomowy; przekształtnik DC/DC; przełączane kondensatory; powielacz napięcia; pompa ładunku

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 94, nr 5
• Strony: 139--142
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stala R.

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przekształcania Energii, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Kawa A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przekształcania Energii, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Penczek A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przekształcania Energii, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Waradzyn Z.

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przekształcania Energii, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Mondzik A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przekształcania Energii, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] On-Cheong Mak, Yue-Chung Wong, Ioinovici A.: Step-up DC power supply based on a switched-capacitor circuit, Industrial Electronics, IEEE Transactions on , vol.42 no.1, 90-97
• [2] Ioinovici A.: Switched-capacitor power electronics circuits, Circuits and Systems Magazine, IEEE , vol.1 no.3, 37-42
• [3] Yutian Lei, Pilawa-Podgurski, R.C.N.: A General Method for Analyzing Resonant and Soft-Charging Operation of SwitchedCapacitor Converters, Power Electronics, IEEE Transactions on , vol.30 no.10, 5650-5664
• [4] Evzelman M., Ben-Yaakov S.: Average-Current-Based Conduction Losses Model of Switched Capacitor Converters, Power Electronics, IEEE Transactions on, vol.28 no.7, 3341-3352
• [5] Ben-Yaakov S.: On the Influence of Switch Resistances on Switched-Capacitor Converter Losses, Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol.59 no.1, 638-640
• [6] Alam M.K., Khan F.H.: Efficiency Characterization And Impedance Modeling Of A Multilevel Switched Capacitor Converter Using Pulse Dropping Switching Scheme, Power Electronics, IEEE Transactions on, vol. 29 no. 6, 3145-3158
• [7] Chun-Kit Cheung, Siew-Chong Tan, Tse C.K., Ioinovici A.: On Energy Efficiency of Switched-Capacitor Converters, Power Electronics, IEEE Transactions on, vol.28, no.2, Feb. 2013, 862-876
• [8] Cervera A., Evzelman M., Mordechai Peretz M., Ben-Yaakov S.: A High Efficiency Resonant Switched Capacitor Converter with Continuous Conversion Ratio, Power Electronics, IEEE Transactions on, vol. 30 no. 3, 1373-1382
• [9] Waradzyn Z., Stala R., Mondzik A., Penczek A., Skała A. Pirog S.: Efficiency Analysis of MOSFET-Based Air-Choke Resonant DC-DC Step-Up Switched-Capacitor Voltage Multipliers, Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol. 64, no. 11, Nov. 2017, 8728-8738
• [10] Waradzyn Z., Stala R., Mondzik A., Pirog S.: Switched Capacitor-Based Power Electronic Converter—Optimization of High Frequency Resonant Circuit Components, Advanced Control of Electrical Drives and Power Electronic Converters, (Studies in Systems, Decision and Control), vol. 75, Cham, Switzerland: Springer, DOI 10.1007/978-3-319-45735-2_15, (2017), 361-378
• [11] Mondzik A., Waradzyn Z., Stala R., Penczek A., High efficiency switched capacitor voltage doubler with planar core-based resonant choke CPE-e 2016, 10th international conference on Compatibility, power electronics and power engineering. Bydgoszcz, Poland, 29 June–01 July, 2016, IEEE, cop. 2016. — Disk Flash. — e-ISBN: 978-1-4673-7292-3, 402–409
• [12] Kawa A., Stala R., Mondzik A., Pirog S., Penczek A.: High power thyristor-based DC-DC switched-capacitor voltage multipliers: Basic concept and novel derived topology with a reduced number of switches. Power Electronics IEEE Transaction on, 31(10), doi:10.1109/TPEL.2015.2505906, 6797–6813
• [13] Dong Cao, Fang Zheng Peng.: A family of zero current switching switched-capacitor dc-dc converters, Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2010 TwentyFifth Annual IEEE, vol. no. 1365,1372, 21-25
• [14] Ye Y., Cheng K.E., Liu J., Xu C.: A Family of Dual-PhaseCombined Zero-Current Switching Switched-Capacitor Converters, Power Electronics, IEEE Transactions on, vol. 29 no. 9, 4209-4218

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).