DE202023100225U1 - A system for a cross-coupled dual topology configuration of switched-capacitor converters - Google Patents
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Abstract
System (100) für eine kreuzgekoppelte Doppel-Topologie-Konfiguration von geschalteten Kondensatorumrichtern, wobei das System (100) Folgendes umfasst:
ein Eingabemodul (101) zum Auslösen der Umwandlung eines Stroms;
eine Stromquelle (102) als anfängliche Quelle des Stroms;
einen Steuergerät (103), der Folgendes umfasst:
einer Speichereinheit (104) zur Speicherung von Einstellungen,
ein Verarbeitungsmodul (105) zur Verarbeitung der Stromumwandlung, wobei das Verarbeitungsmodul (105) eine Vielzahl von Kondensatoren (106), eine Vielzahl von Schaltern (107) und eine Vielzahl von Dioden (108) umfasst, und
ein Analysemodul (109) zum Analysieren von Eingangswerten und von dem Verarbeitungsmodul (105) erhaltenen Werten; und
ein Ausgangsmodul (110), das Folgendes umfasst:
eine Wechselstrom (AC)-Ausgangsquelle (111), und
eine Gleichstrom (DC)-Ausgangsquelle (112).
A system (100) for a cross-coupled dual topology switched-capacitor converter configuration, the system (100) comprising:
an input module (101) for initiating conversion of a stream;
a power source (102) as an initial source of power;
a controller (103) comprising:
a memory unit (104) for storing settings,
a processing module (105) for processing the power conversion, the processing module (105) including a plurality of capacitors (106), a plurality of switches (107), and a plurality of diodes (108), and
an analysis module (109) for analyzing input values and values obtained from the processing module (105); and
an output module (110) comprising:
an alternating current (AC) output source (111), and
a direct current (DC) output source (112).
Description
BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf elektrische Umformer. Genauer gesagt, die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System für eine kreuzgekoppelte Doppel-Topologie-Konfiguration von geschalteten Kondensatorumrichtern.The present disclosure generally relates to electrical converters. More specifically, the present disclosure relates to a system for a cross-coupled dual topology configuration of switched-capacitor inverters.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Die Hintergrundbeschreibung enthält Informationen, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich sein können. Es ist kein Eingeständnis, dass die hierin enthaltenen Informationen zum Stand der Technik gehören oder für die vorliegende Erfindung relevant sind, oder dass eine Veröffentlichung, auf die ausdrücklich oder implizit Bezug genommen wird, zum Stand der Technik gehört.The background description contains information that may be useful in understanding the present invention. It is not an admission that the information contained herein is prior art or relevant to the present invention, or that any publication expressly or implicitly referred to is prior art.
Die Leistungselektronik hat in den letzten zehn Jahren erhebliche Fortschritte gemacht, insbesondere bei Umrichtern, die im Schaltbetrieb arbeiten und keine Induktivität aufweisen, sowie bei transformatorlosen Umrichtern. Diese Umrichter haben mehrere Vorteile, darunter ein geringes Gewicht, eine kompakte Größe und eine hohe Leistungsdichte aufgrund der Verwendung von lediglich Schaltern und Kondensatoren. Leistungselektronische Umrichter spielen eine wichtige Rolle bei der Energieumwandlung und sind für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet.Power electronics have made significant advances in the last decade, particularly in switched-mode, non-inductive, and transformerless converters. These converters have several advantages including light weight, compact size and high power density due to the use of only switches and capacitors. Power electronic converters play an important role in energy conversion and are suitable for a wide range of applications.
Multilevel-Wechselrichter sind für Mittel- und Hochspannungsanwendungen wichtig, da sie die Spannungsbelastung bei der Erzeugung hoher Spannungspegel minimieren, den Oberwellengehalt reduzieren, über kompakte Filter verfügen, elektromagnetische Störungen verringern und den Wirkungsgrad verbessern. Herkömmliche Multilevel-Wechselrichter-Topologien wie die neutralpunktgeklemmte, die Flying-Capacitor- und die Kaskaden-H-Brücke sind weithin erforscht und in vielen Anwendungen eingesetzt worden.Multilevel inverters are important for medium and high voltage applications because they minimize voltage stress when generating high voltage levels, reduce harmonic content, have compact filters, reduce EMI and improve efficiency. Conventional multilevel inverter topologies such as neutral-point clamped, flying capacitor, and cascade H-bridge have been widely researched and used in many applications.
Es wurden Anstrengungen unternommen, um komplementär geschaltete Kondensatorverstärker für Analog-Digital- Umrichter in Pipelines und andere Anwendungen zu entwickeln. Zum Beispiel ist die Patentanmeldung Nr.
Die kanadische Patentanmeldung Nr.
Die größten Probleme bei diesen Topologien sind jedoch die große Anzahl von Halbleiterbauelementen, der Ausgleich der Kondensatorspannungen und die komplexen Steuerungstechniken für eine größere Anzahl von Mehrstufenausgängen. Multilevel-Wechselrichter haben eine breite Palette von Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energien in modernen Energiesystemen, die flexible und vielseitige Umrichter für die Leistungsumwandlung und die Stabilität der Spannungspegel benötigen. DC-DC-Umrichter sind in privaten, kommerziellen und industriellen Anwendungen weit verbreitet, z. B. in Systemen zur Umwandlung erneuerbarer Energien, elektrischen Antriebsvorrichtungen usw.However, the major problems with these topologies are the large number of semiconductor devices, the balancing of capacitor voltages, and the complex control techniques for larger numbers of multi-level outputs. Multilevel inverters have a wide range of renewable energy applications in modern power systems that require flexible and versatile converters for power conversion and voltage level stability. DC-DC converters are widely used in residential, commercial and industrial applications such as: in renewable energy conversion systems, electrical propulsion devices, etc.
Daher besteht nach wie vor die Notwendigkeit, hocheffiziente Multi-Level-Wechselrichter zu entwickeln. In diesem Zusammenhang wird ein System für eine kreuzgekoppelte Konfiguration von geschalteten Kondensatorumrichtern mit zwei Topologien vorgestellt.Therefore, there is still a need to develop high-efficiency multi-level inverters. In this context, a system for a cross-coupled configuration of switched-capacitor converters with two topologies is presented.
Das vorgestellte System nutzt die Switched-Capacitor-Topologie (SCC), um einen hocheffizienten Multi-Level-Inverter zu entwickeln. Die Switched-Capacitor-Topologie wird auch zur Entwicklung einer Gleichstrom-Gleichstrom-Konfiguration (DC-DC) verwendet. Die DC-DC-Umrichterkonfiguration wird auch für verschiedene Spannungswandlungsverhältnisse entworfen und validiert. Unter Verwendung derselben Topologie wird eine DC-DC-Aufwärts- und Abwärtskonfiguration ohne Neukonfiguration der Schaltung entwickelt. Das Ziel des vorgestellten Systems besteht darin, sowohl für die Wechselrichter- als auch für die Umrichterkonfiguration eine Leistung zu erzielen, die durch die Reduzierung der Oberwellen und die Bereitstellung mehrerer Spannungsverhältnisse eine hohe Zuverlässigkeit bietet.The presented system uses the switched-capacitor (SCC) topology to develop a highly efficient multi-level inverter. The switched-capacitor topology is also used to design a DC-DC (DC-DC) configuration. The DC-DC converter configuration is also designed and validated for different voltage conversion ratios. Under Use Using the same topology, a DC-DC boost and buck configuration is developed without circuit reconfiguration. The goal of the presented system is to achieve high reliability performance for both the inverter and converter configuration by reducing harmonics and providing multiple voltage ratios.
Alle hierin enthaltenen Forschungspublikationen werden durch Verweis in demselben Umfang einbezogen, als ob jede Publikation ausdrücklich und einzeln als einbezogen angegeben wäre. Wenn eine Definition oder die Verwendung eines Begriffs in einer einbezogenen Referenz nicht mit der hier angegebenen Definition dieses Begriffs übereinstimmt oder im Widerspruch dazu steht, gilt die hier angegebene Definition dieses Begriffs. Dementsprechend sind die in der schriftlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen angegebenen numerischen Parameter bei einigen Ausführungsformen Näherungswerte, die je nach den gewünschten Eigenschaften, die mit einer bestimmten Ausführungsform erreicht werden sollen, variieren können.All research publications contained herein are incorporated by reference to the same extent as if each publication were expressly and individually identified as incorporated. If any definition or use of a term in any incorporated reference is inconsistent or inconsistent with the definition of that term provided herein, the definition of that term provided herein shall control. Accordingly, for some embodiments, the numerical parameters set forth in the written description and appended claims are approximate and may vary depending on the desired characteristics to be achieved with a particular embodiment.
GEGENSTAND DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Das Hauptziel der Erfindung besteht darin, ein System für eine kreuzgekoppelte Doppel-Topologie-Konfiguration von geschalteten Kondensatorumrichtern.The main object of the invention is to provide a system for a cross-coupled dual topology configuration of switched-capacitor converters.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein System bereitzustellen, das die Stromkosten für die Verbraucher effektiv reduziert.Another object of the invention is to provide a system that effectively reduces electricity costs for consumers.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein System bereitzustellen, das die für die Stromumwandlung erforderliche Zeit ohne menschliches Eingreifen reduziert.Another object of the invention is to provide a system that reduces the time required for power conversion without human intervention.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung offenbart ein System für eine kreuzgekoppelte Doppel-Topologie-Konfiguration von geschalteten Kondensatorumrichtern. Das System umfasst ein Eingabemodul zum Einleiten der Umwandlung eines Stroms; eine Stromquelle als anfängliche Quelle des Stroms; einen Steuergerät, der Folgendes umfasst: eine Speichereinheit zum Speichern von Einstellungen, ein Verarbeitungsmodul zum Verarbeiten der Stromumwandlung, wobei das Verarbeitungsmodul eine Vielzahl von Kondensatoren, eine Vielzahl von Schaltern und eine Vielzahl von Dioden umfasst, und ein Analysemodul zum Analysieren von Eingangswerten und von dem Verarbeitungsmodul erhaltenen Werten; und ein Ausgangsmodul, das Folgendes umfasst: eine Wechselstrom (AC)-Ausgangsquelle und eine Gleichstrom (DC)-Ausgangsquelle.The present invention discloses a system for a cross-coupled dual topology configuration of switched-capacitor converters. The system includes an input module for initiating conversion of a stream; a power source as an initial source of power; a controller comprising: a memory unit for storing settings, a processing module for processing the power conversion, the processing module comprising a plurality of capacitors, a plurality of switches and a plurality of diodes, and an analysis module for analyzing input values and from the processing module received values; and an output module comprising: an alternating current (AC) output source and a direct current (DC) output source.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist das Eingabemodul in der Lage, Eingaben in Form von numerischen, alphabetischen, Signalen oder Wellendaten von Tastaturen, Tasten oder beliebigen elektronischen Geräten zu empfangen.In one aspect of the present disclosure, the input module is capable of receiving input in the form of numeric, alphabetic, signal, or wave data from keyboards, buttons, or any electronic device.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung, der Strom ist Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC).In one aspect of the present disclosure, the current is alternating current (AC) or direct current (DC).
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung speichert die Speichereinheit vordefinierte Daten und verwendet sie entsprechend den von dem Eingabemodul erhaltenen Eingaben.In one aspect of the present disclosure, the storage unit stores predefined data and uses it according to the input received from the input module.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist das Verarbeitungsmodul in der Lage, die von der Steuergerät erhaltenen Daten zu verarbeiten, um die Umwandlung des Stroms mit der Vielzahl von Kondensatoren, der Vielzahl von Schaltern und der Vielzahl von Dioden in Reihen- oder Parallelschaltung durchzuführen.In one aspect of the present disclosure, the processing module is operable to process the data received from the controller to perform the conversion of current with the plurality of capacitors, the plurality of switches, and the plurality of diodes in series or parallel connection.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung analysiert das Analysemodul die von dem Verarbeitungsmodul erhaltenen Daten mit Eingaben von dem Eingabemodul.In one aspect of the present disclosure, the analysis module analyzes the data received from the processing module with input from the input module.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Ausgangsmodul die AC-Ausgangsquelle und die DC-Ausgangsquelle.In one aspect of the present disclosure, the output module includes the AC output source and the DC output source.
Es ist zu beachten, dass, obwohl die vorliegende Offenbarung in Bezug auf einen definierten Satz von Funktionsmodulen erläutert wurde, jedes andere Modul oder jeder Satz von Modulen hinzugefügt/gelöscht/geändert/kombiniert werden kann und alle derartigen Änderungen in der Architektur/Konstruktion des vorgeschlagenen Systems vollständig in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Jedes Modul kann auch in ein oder mehrere funktionale Untermodule unterteilt werden, die alle ebenfalls vollständig in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.It should be noted that although the present disclosure has been discussed in terms of a defined set of functional modules, any other module or set of modules may be added/deleted/changed/combined and any such changes in the architecture/construction of the proposed one systems fall fully within the scope of the present disclosure. Each module can also be broken down into one or more functional sub-modules, all of which also fall fully within the scope of the present disclosure.
Verschiedene Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen deutlicher werden.Various objects, features, aspects and advantages of the subject invention will become more apparent from the following detailed description of the preferred embodiments.
Figurenlistecharacter list
Die beigefügte Zeichnung dient dem weiteren Verständnis der vorliegenden Offenbarung und ist Bestandteil dieser Beschreibung. Die Zeichnung veranschaulicht beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dient zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.
-
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems für eine kreuzgekoppelte Konfiguration von geschalteten Kondensatorumrichtern in Doppeltopologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 12 is a block diagram of a system for a cross-coupled configuration of dual topology switched-capacitor converters according to an embodiment of the present invention.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf ein System für eine kreuzgekoppelte Doppel-Topologie-Konfiguration von geschalteten Kondensatorumrichtern.Aspects of the present disclosure relate to a system for a cross-coupled dual topology configuration of switched-capacitor inverters.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung, die beispielhaft und nicht als Einschränkung, bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung zu veranschaulichen beschrieben werden.The invention will now be described with reference to the accompanying drawings, which are illustrated by way of non-limiting example preferred embodiments of this invention.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sieht
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, das Eingabemodul (101) in der Lage, Eingaben zu empfangen, aber nicht beschränkt auf in numerischen, alphabetischen, Signale oder Wellen Daten über Tastaturen oder Taste oder eine elektronische Vorrichtung zur Einleitung der Umwandlung eines Stroms erforderlich.In another aspect of the present invention, the input module (101) capable of receiving input, but not limited to input into numeric, alphabetic, signal or wave data via keyboards or button or electronic device for initiating the conversion of a stream required.
Der Strom ist der Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC). Die Stromquelle (102) ist eine elektrische Stromquelle, die in Form von Wechselstrom oder Gleichstrom als Ausgangsquelle für den Strom dient. Die Stromquelle (102) ist mit dem Steuergerät (103) und dem Eingabemodul (101) verbunden.Current is alternating current (AC) or direct current (DC). The power source (102) is an electrical power source that serves as an output source of power in the form of alternating current or direct current. The power source (102) is connected to the control unit (103) and the input module (101).
Das Steuergerät (103) ist ein Mikrocontroller oder Prozessor oder Mikroprozessor, der mit den verschiedenen Komponenten des Systems (100) verbunden ist, das die Speichereinheit (104), das Verarbeitungsmodul (105) und das Analysemodul (109) umfasst.The controller (103) is a microcontroller or processor or microprocessor that is connected to the various components of the system (100), which includes the memory unit (104), the processing module (105) and the analysis module (109).
Die Speichereinheit (104) speichert vordefinierte Daten und verwendet sie entsprechend den vom Eingabemodul (101) erhaltenen Eingaben, ist aber nicht darauf beschränkt. Sie hat einen vorgespeicherten Satz von Arbeitsbedingungen, die sich auf die Einstellungen der Vielzahl von Schaltern (107) zum Ein- und Ausschalten während der Arbeit beziehen und das Verarbeitungsmodul (105) alarmieren.The storage unit (104) stores predefined data and uses it according to the inputs received from the input module (101), but is not limited to this. It has a pre-stored set of working conditions related to the settings of the plurality of switches (107) for turning on and off during work and alerting the processing module (105).
Das Verarbeitungsmodul (105) umfasst eine Vielzahl von Kondensatoren (106), die eine Vorrichtung zum Speichern von Energie mit zwei Anschlüssen sind, eine Vielzahl von Schaltern (107), die als Eingang für die Entscheidung über das Ein- und Ausschalten des Stromkreises dienen, und eine Vielzahl von Dioden (108), die den Strom in eine Richtung fließen lassen. Dieses wird verwendet, um die von der Steuergerät (103) erhaltenen Daten zu verarbeiten, um die Umwandlung des Stroms mit drei Kondensatoren (106), vierzehn Schaltern (107) und drei Dioden (108) in Reihen- oder Parallelschaltung durchzuführen.The processing module (105) includes a plurality of capacitors (106) which are a two-terminal energy storage device, a plurality of switches (107) which serve as input for deciding on and off the circuit, and a plurality of diodes (108) for allowing current to flow in one direction. This is used to process the data received from the controller (103) to perform the conversion of current with three capacitors (106), fourteen switches (107) and three diodes (108) connected in series or in parallel.
Das Analysemodul (109) analysiert die vom Verarbeitungsmodul (105) erhaltenen Daten mit den Eingaben des Eingabemodul (101) und ermöglicht den Stromfluss zum Ausgangsmodul (110).The analysis module (109) analyzes the data received from the processing module (105) with the inputs of the input module (101) and allows current to flow to the output module (110).
Das Ausgangsmodul (110) verfügt über eine AC-Ausgangsquelle (111) für den AC-Stromfluss und eine DC-Ausgangsquelle (112) für den DC-Stromfluss entsprechend der vom Eingabemodul (101) gegebenen Eingabe.The output module (110) has an AC output source (111) for AC current flow and a DC output source (112) for DC current flow according to the input given by the input module (101).
Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom grundsätzlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Varianten oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um eine Person mit normalem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Wissen kombiniert wird, die der Person mit normalem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik zur Verfügung stehen.While the foregoing describes various embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope of the invention. The scope of the invention is determined by the following claims. The invention is not limited to the described embodiments, variants or examples, which are included to enable a person of ordinary skill in the art to make and use the invention when combined with information and knowledge available to the person of ordinary skill in the art.
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- System für eine kreuzgekoppelte Doppel-Topologie-Konfiguration von geschalteten KondensatorumrichternSystem for a cross-coupled dual topology configuration of switched capacitor converters
- 101101
- Eingabemodulinput module
- 102102
- Stromquellepower source
- 103103
- Steuergerätcontrol unit
- 104104
- Speichereinheitstorage unit
- 105105
- Verarbeitungsmodulprocessing module
- 106106
- Kondensatorencapacitors
- 107107
- Schalternswitches
- 108108
- Diodendiodes
- 109109
- Analysemodulanalysis module
- 110110
- Ausgangsmoduloutput module
- 111111
- Wechselstrom- (AC) AusgangsquelleAlternating Current (AC) Output Source
- 112112
- Gleichstrom- (DC) AusgangsquelleDirect current (DC) output source
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 2866346 A1 [0005]EP 2866346 A1 [0005]
- CA 2643939 A1 [0006]CA 2643939 A1 [0006]
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DE202023100225.0U DE202023100225U1 (en) | 2023-01-17 | 2023-01-17 | A system for a cross-coupled dual topology configuration of switched-capacitor converters |
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2023
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |