High gain of single-switch voltage multiplier converters for DC power supply applications

• Autorzy: Ashari Mochamad , Fauzan Miftah Y.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.06.32

Warianty tytułu

Przekształtnik o dużym wzmocnieniu z mnożnikiem napięcia z jednym przełącznikiem do zastosowań w zasilaniu prądem stałym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

DC converters with high ratio of output-input voltage are commonly used in various applications, such as high voltage dc impulse generator, or harnessing energy from weak power sources including piezo electric, thermoelectric etc. This paper presents a single active switch of boost converter combined with cascade voltage multiplier to generate a high gain output voltage. The voltage multiplier module employs two diodes and two capacitor sets. Each capacitor is alternately charged through the diode, and then discharges in series with the source voltage. Every module steps up twice of the input voltage, thus, connecting modules in series provides high output ratio compared to the source voltage. Simulation of the proposed system with three modules of voltage multiplier, and a flyback converter was conducted for comparison. The voltage multiplication using diode shows superb performances compared to the one, which uses mutual inductance. The results indicate that the proposed system has a linear voltage gain for various input voltages, and a constant output voltage under various load resistances.

PL

Przetwornice prądu stałego o wysokim stosunku napięcia wyjściowego do wejściowego są powszechnie stosowane w różnych zastosowaniach, takich jak generator impulsów prądu stałego wysokiego napięcia lub wykorzystanie energii ze słabych źródeł zasilania, w tym piezoelektrycznych, termoelektrycznych itp. W artykule przedstawiono pojedynczy aktywny przełącznik przetwornicy doładowania. z mnożnikiem napięcia kaskadowego do generowania wysokiego napięcia wyjściowego wzmocnienia. Moduł powielacza napięcia wykorzystuje dwie diody i dwa zestawy kondensatorów. Każdy kondensator jest ładowany naprzemiennie przez diodę, a następnie rozładowuje się szeregowo z napięciem źródła. Każdy moduł zwiększa dwukrotnie napięcie wejściowe, dzięki czemu szeregowe łączenie modułów zapewnia wysoki współczynnik wyjściowy w porównaniu z napięciem źródłowym. Dla porównania przeprowadzono symulację proponowanego układu z trzema modułami powielacza napięcia i przetwornicą typu flyback. Mnożenie napięcia za pomocą diody wykazuje znakomite osiągi w porównaniu z tym, który wykorzystuje indukcyjność wzajemną. Wyniki wskazują, że proponowany układ charakteryzuje się liniowym wzmocnieniem napięciowym dla różnych napięć wejściowych oraz stałym napięciem wyjściowym przy różnych rezystancjach obciążenia.

Słowa kluczowe

EN

single switch; boost converter; dc voltage multiplier; diode-capacitor cascade; flyback converter

PL

przekształtnik typu boost; mnożnik; wzmocnienie duże

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 6
• Strony: 176--180
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ashari Mochamad

• Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya - Indonesia

autor

Fauzan Miftah Y.

• Teknologila Ltd., R&D for Frontier Technology and Innovation, Surabaya, Indonesia

Bibliografia

• [1] Rashid M.H., Power Electronics : Circuits, Devices, and Applications, Prentice Hall, New Jersey.
• [2] Qiongbin Lin, Fenghuang Cai, Wu Wang, Sixiong Chen, Zhe Zhang, Shi You, A High-Performance Online Uninterruptible Power Supply (UPS) System Based on Multi-task Decomposition, IEEE Transactions on Industry Applications, PP(99):1-1, August 2019
• [3] Avian Lukman Setya Budi, Mochamad Ashari, Hilman Ridho, Feby Agung Pamuji. Implementation Of Maximum Power Point Tracking Based On Perturb and Observe Algorithm For Photovoltaic, Wind Turbine, and Fuel Cell Hybrid System. 2020 International Seminar on Application for Technology of Information and Communication (iSemantic) proceedings. 19 Sept 2020.
• [4] Soedibyo M., Ashari B., Amri. The comparative study of Buck-boost, Cuk, Sepic and Zeta converters for maximum power point tracking photovoltaic using P&O method, 2nd International Conference on Information Technology, Computer, and Electrical Engineering (ICITACEE), Indonesia, 2015.
• [5] Veer Karan Goyal, Anshuman Shukla, Isolated DC–DC Boost Converter for Wide Input Voltage Range and Wide Load Range Applications, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Volume: 68, Issue: 10, Oct. 2021
• [6] H. Suryoatmojo; A.H. Rifa’i; D.C. Riawan; E. Setijadi; S. Anam; R. Mardiyanto; M. Ashari, Application of High Gain Zeta Converter For Photovoltaic System, 2019 International Seminar on Intelligent Technology and Its Applications (ISITIA), Surabaya, Indonesia, 28-29 Aug. 2019
• [7] H. Suryoatmojo; R. Mardiyanto; D.C. Riawan; S. Anam; E. Setijadi; Suwito; Irawan. Implementation of High Voltage Gain DC-DC Boost Converter for Fuel Cell Application. 2018 International Conference on Engineering, Applied Sciences, and Technology (ICEAST). 4-7 July 2018
• [8] Ryoga KIGUCHI, Yasuyuki NISHIDA. Boost DC-DC Converter Cascade System for High Boost-Rate Application. International Conference on Smart Grid (icSmartGrid), Nagasaki Japan, 4-6 Dec 2018.
• [9] Techweb, Designing Isolated Flyback Converter Circuits: Transformer Design (Calculating numerical values), 2016. https://techweb.rohm.com/knowledge/acdc/acdc_pwm/acdc_pwm01/940/
• [10] Nasir Coruh; Satilmis Urgun; Tarik Erfidan. Design and implementation of flyback converters. 2010 5th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, Turkey, 15-17 Jun 2010.
• [11] Mr. A. Raghavendra Prasad, Mr.K. Rajasekhara Reddy & Mr.M. Siva sankar. High Voltage DC up to 2 kV from AC by Using Capacitors and Diodes in Ladder Network. International Journal of Research Science & Management. Vol 5 (6). June 2018.
• [12] Javed Ahmad, Mohammad Zaid, Adil Sarwar, Chang-Hua Lin, Shafiq Ahmad, Mohamed Sharaf, Mazen Zaindin, Muhammad Firdausi, A Voltage Multiplier Circuit Based Quadratic Boost Converter for Energy Storage Application, Applied Sciences, MDPI, Oct 2020. https://www.mdpi.com/2076-3417/10/22/8254/pdf

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).