Розробка ефективного механізму регулювання напруги для конденсаторного перетворювача, що перемикається, з експоненційним посиленням

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.270316

Ключові слова:

DC-DC перетворювач, комутований конденсатор, регулювання потужності, безіндукторний перетворювач, помножувач напруги

Анотація

У цій статті використовується компактний перетворювач з конденсаторами, що перемикаються, з експоненційним коефіцієнтом посилення і модульною конструкцією. Для підвищення ефективності було застосовано два підходи за рахунок забезпечення кількох напруг холостого ходу. Перший змінює стратегію перемикання, щоб обійти посилення одного чи кількох каскадів. Другий є модифікованою конструкцією, яка забезпечує додаткову напругу холостого ходу за рахунок альтернативних шляхів струму. Регулювання напруги здійснюється двома контурами управління: зовнішній контур призначений створення мінімально можливої напруги холостого ходу, а внутрішній контур регулює коефіцієнт заповнення сигналів перемикання, щоб регулювати напруга відповідно до необхідним завданням. Перетворювачі з конденсаторами, що перемикаються, використовувалися в якості помножувачів напруги з постійним коефіцієнтом посилення по напрузі. Ефективність перетворювача з конденсаторами, що перемикаються, залежить від співвідношення між регульованою і нестабілізованою вихідною напругою. Тому регулювання вихідної напруги цих перетворювачів призводить до значного зниження ККД. За рахунок забезпечення декількох напруг холостого ходу в діапазоні вихідних напруг можна підвищити ефективність перетворювача з конденсаторами, що перемикаються. Запропонована конструкція була застосована до трикаскадного перетворювача для забезпечення шести напруг холостого ходу. Результати моделювання показують, що середній ККД у всьому діапазоні вихідних напруг становить більше 90 % від його максимального ККД нерегульованого перетворювача з конденсаторами, що перемикаються, що відображає ефективність запропонованої схеми. У цій статті пропонується ефективний метод регулювання напруги модульного перетворювача з конденсаторами, що перемикаються, з експоненційним коефіцієнтом посилення. Переваги запропонованої конструкції полягають у малій кількості компонентів, що додаються, не вимагає додаткових джерел і підходить для більш високого діапазону потужностей

Спонсор дослідження

  • The authors thank the University of Mosul/College of Engineering and the College of Electronics Engineering at Ninevah University for their assistance in improving the quality of this work.

Біографії авторів

Mohamed N. Abdul Kadir, University of Mosul

Doctor of Philosophy in Electrical Engineering, Literature

Department of Electrical Engineering

Collage of Engineering

Yasir M. Y. Ameen, University of Mosul

Doctor of Philosophy in Electrical Engineering, Assistant Professor

Department of Electrical Engineering

Collage of Engineering

Harith Al-Badrani, Ninevah University

Doctor of Engineer in Electrical Engineering, Assistant Professor

Department of Electronic Engineering

College of Electronics Engineering

Посилання

  1. Loranca-Coutiño, J., Villarreal-Hernandez, C. A., Mayo-Maldonado, J. C., Valdez-Resendiz, J. E., Lopez-Nuñez, A. R., Ruiz-Martinez, O. F., Rosas-Caro, J. C. (2020). High Gain Boost Converter with Reduced Voltage in Capacitors for Fuel-Cells Energy Generation Systems. Electronics, 9 (9), 1480. doi: https://doi.org/10.3390/electronics9091480
  2. Bakeer, A., Chub, A., Vinnikov, D. (2020). Step-Up Series Resonant DC–DC Converter with Bidirectional-Switch-Based Boost Rectifier for Wide Input Voltage Range Photovoltaic Applications. Energies, 13 (14), 3747. doi: https://doi.org/10.3390/en13143747
  3. Truong, V.-A., Luong, X.-T., Nguyen, P.-T., Quach, T.-H. (2020). The Improvement Switching Technique for High Step-Up DC-DC Boost Converter. Electronics, 9 (6), 981. doi: https://doi.org/10.3390/electronics9060981
  4. Wong, Y.-S., Chen, J.-F., Liu, K.-B., Hsieh, Y.-P. (2017). A Novel High Step-Up DC-DC Converter with Coupled Inductor and Switched Clamp Capacitor Techniques for Photovoltaic Systems. Energies, 10 (3), 378. doi: https://doi.org/10.3390/en10030378
  5. Ameen, Y. M. Y., Al-Badrani, H., Abdul Kadi, M. N. (2021). Design and simulation of a high-power double-output isolated Cuk converter. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (113)), 30–38. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238984
  6. Seeman, M. D., Sanders, S. R. (2008). Analysis and Optimization of Switched-Capacitor DC–DC Converters. IEEE Transactions on Power Electronics, 23 (2), 841–851. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2007.915182
  7. Axelrod, B., Berkovich, Y., Ioinovici, A. (2008). Switched-Capacitor/Switched-Inductor Structures for Getting Transformerless Hybrid DC–DC PWM Converters. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 55 (2), 687–696. doi: https://doi.org/10.1109/tcsi.2008.916403
  8. Padhee, S., Pati, U. C., Mahapatra, K. (2016). Overview of High-Step-Up DC–DC Converters for Renewable Energy Sources. IETE Technical Review, 35 (1), 99–115. doi: https://doi.org/10.1080/02564602.2016.1255571
  9. Eguchi, K., Do, W., Shibata, A. (2021). Analysis of a High Step-Down DC/DC Converter Topology with a Single Inductor. International Journal of Intelligent Engineering and Systems, 14 (1), 552–565. doi: https://doi.org/10.22266/ijies2021.0228.51
  10. Veerabathini, A., Furth, P. M. (2020). High-Efficiency Switched-Capacitor DC-DC Converter with Three Decades of Load Current Range Using Adaptively-Biased PFM. Journal of Low Power Electronics and Applications, 10 (1), 5. doi: https://doi.org/10.3390/jlpea10010005
  11. Qian, W., Peng, F. Z., Shen, M., Tolbert, L. M. (2009). 3X DC-DC Multiplier/Divider for HEV Systems. 2009 Twenty-Fourth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition. doi: https://doi.org/10.1109/apec.2009.4802802
  12. Khan, F. H., Tolbert, L. M. (2009). Multiple-Load–Source Integration in a Multilevel Modular Capacitor-Clamped DC–DC Converter Featuring Fault Tolerant Capability. IEEE Transactions on Power Electronics, 24 (1), 14–24. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2008.2006055
  13. Qian, W., Cao, D., Cintron-Rivera, J. G., Gebben, M., Wey, D., Peng, F. Z. (2012). A Switched-Capacitor DC–DC Converter With High Voltage Gain and Reduced Component Rating and Count. IEEE Transactions on Industry Applications, 48 (4), 1397–1406. doi: https://doi.org/10.1109/tia.2012.2199731
  14. Tran, V.-T., Nguyen, M.-K., Choi, Y.-O., Cho, G.-B. (2018). Switched-Capacitor-Based High Boost DC-DC Converter. Energies, 11 (4), 987. doi: https://doi.org/10.3390/en11040987
  15. Shoyama, M., Ninomiya, T. (2007). Output Voltage Control of Resonant Boost Switched Capacitor Converter. 2007 Power Conversion Conference - Nagoya. doi: https://doi.org/10.1109/pccon.2007.373073
  16. Natheer, S. K., Abdul Kadir, M. N. (2022). Maximum resolution of switched capacitor converter: a graphical approach. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS), 13 (1), 330. doi: https://doi.org/10.11591/ijpeds.v13.i1.pp330-339
  17. Abraham, C., Rakhee, R., Jose, B. R. (2014). A Multiple Input Multiple Output Switched Capacitor DC-DC Converter with Reduced Switch Count. 2014 Fifth International Symposium on Electronic System Design. doi: https://doi.org/10.1109/ised.2014.29
  18. Gunasekaran, D., Qin, L., Karki, U., Li, Y., Peng, F. Z. (2017). A Variable (n/m)X Switched Capacitor DC–DC Converter. IEEE Transactions on Power Electronics, 32 (8), 6219–6235. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2016.2621105
  19. Priyadarshi, A., Kar, P., Karanki, S. (2019). Switched Capacitor Based High Gain DC-DC Converter Topology for Multiple Voltage Conversion Ratios with Reduced Output Impedance. Journal of Power Electronics, 19 (3), 676–690. doi: https://doi.org/10.6113/JPE.2019.19.3.676
  20. Huang, Y., Xiong, S., Tan, S.-C., Hui, S.-Y. (2016). Compact modular switched-capacitor DC/DC converters with exponential voltage gain. 2016 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). doi: https://doi.org/10.1109/apec.2016.7468127
Розробка ефективного механізму регулювання напруги для конденсаторного перетворювача, що перемикається, з експоненційним посиленням

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-12-30

Як цитувати

Abdul Kadir, M. N., Ameen, Y. M. Y., & Al-Badrani, H. (2022). Розробка ефективного механізму регулювання напруги для конденсаторного перетворювача, що перемикається, з експоненційним посиленням . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(5 (120), 18–28. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.270316

Номер

Том 6 № 5 (120) (2022): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Mohamed N. Abdul Kadir, Yasir M. Y. Ameen, Harith Al-Badrani

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.