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

Autor: Mohamed N. Abdul Kadir, Yasir M. Y. Ameen, Harith Al-Badrani
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Vol. 6 No. 5 (120) (2022): Applied physics; 18-28
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 6 № 5 (120) (2022): Прикладна фізика; 18-28
ISSN: 1729-4061
1729-3774
DOI: 10.15587/1729-4061.2022.270316
Popis: The compact switched-capacitor converter with exponential gain and modular design has been adopted in this paper. Two approaches have been applied to improve the efficiency by providing multiple no-load voltages. The first modifies the switching strategy to bypass the gain of one or more stages. The second introduces modified design that provide additional no-load voltages through alternative current paths. The voltage regulation is implemented by two control loops: The outer loop is designed to produce the minimum feasible no-load voltage and the inner loop adjusts the duty ratio of the switching signals to regulate the voltage to meet the desired reference. Switched capacitor converters have been used as voltage multipliers with constant voltage gain. The efficiency of a switched capacitor converter depends on the ratio between regulated to unregulated output voltage. Therefore, output voltage adjustment of these converters causes a significant efficiency reduction. By providing multiple no-load voltages within the output voltage range the efficiency of the switched capacitor converter can be improved. The proposed design has been applied to a three-stage converter to provide six no-load voltages. Simulation results demonstrate that the average efficiency over the entire output voltage range is more than 90 % of its maximum efficiency of the unregulated switched capacitor converter which reflects the effectiveness of the proposed scheme. This paper offers an efficient method to regulate the voltage of a modular switched capacitor converter with exponential gain. The advantages of the proposed design are small number of added components, does not require additional sources and suitable for higher power range
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
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: