PL239302B1

PL239302B1 - Resonance DC-DC converter with switched capacitors and reduced number of active connectors

Info

Publication number: PL239302B1
Application number: PL427583A
Authority: PL
Inventors: Robert Stala
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2021-11-22
Also published as: PL427583A1

Abstract

Przekształtnik rezonansowy DC-DC ma połączone równolegle komórki, które zawierają półprzewodnikowe łączniki ładujące i rozładowujące oraz elementy pasywne. Ostatnia gałąź zawiera jeden kondensator wyjściowy (7), a w szynie dodatniej, przed gałęzią kondensatora wyjściowego włączony jest łącznik wyjściowy (2c). Od strony wejścia ma co najmniej jeden zespół złożony z komórki pierwszego rodzaju (I) i komórki drugiego rodzaju (II), a na wyjściu jako ostatnią ma komórkę pierwszego rodzaju (I). Komórka pierwszego (I) rodzaju składa się z gałęzi zawierającej elementy pasywne (1; 4a) i z gałęzi zawierającej łącznik rozładowujący (5) dołączone wspólnie poprzez łącznik ładujący dolny (3) do szyny pośredniej (10). Komórka drugiego rodzaju (II) ma gałąź z elementami pasywnymi (1; 4b) dołączoną bezpośrednio do szyny ujemnej (9). Ponadto w szynie dodatniej (8) pomiędzy gałęziami komórki pierwszego rodzaju (I) przekształtnik ma łączniki ładujące górne pierwsze (2a) a przed komórką drugiego rodzaju ma łączniki ładujące górne drugie (2b). Pomiędzy szyną pośrednią (10) a szyną ujemną (9) włączony jest łącznik pośredni (6), natomiast kondensator wyjściowy (7) włączony jest pomiędzy szynę dodatnią (8) i szynę ujemną (9). Elementami pasywnymi w gałęzi komórki pierwszego rodzaju (I) jest element o charakterze indukcyjnym (1) oraz kondensator przełączany pierwszy (4a). Elementami pasywnymi w gałęzi komórki drugiego rodzaju (II) jest element o charakterze indukcyjnym (1) oraz kondensator przełączany drugi (4b). Możliwe jest też, że w każdej komórce pierwszego rodzaju (I) łącznik ładujący dolny (3) zastąpiony jest łącznikiem pośrednim pierwszym i dołączony jest bezpośrednio do szyny ujemnej (9), a usunięty jest łącznik pośredni (6) i szyna pośrednia (10).The DC-DC resonant converter has parallel connected cells which contain semiconductor charging and discharging switches and passive elements. The last branch contains one output capacitor (7), and in the positive rail, before the output capacitor branch, an output switch (2c) is connected. On the input side, it has at least one set consisting of a first type cell (I) and a second type cell (II), and at the output, the last one is a first type cell (I). The first type cell (I) consists of a branch containing passive elements (1; 4a) and a branch containing a discharging switch (5) connected together via a lower charging switch (3) to an intermediate rail (10). The second type cell (II) has a branch with passive elements (1; 4b) connected directly to the negative rail (9). In addition, in the positive rail (8) between the branches of the first type of cell (I), the converter has first upper charging switches (2a) and in front of the second type of cell it has second upper charging switches (2b). An intermediate switch (6) is connected between the intermediate rail (10) and the negative rail (9), while the output capacitor (7) is connected between the positive rail (8) and the negative rail (9). The passive elements in the first type of cell branch (I) are an inductive element (1) and the first switched capacitor (4a). The passive elements in the second type of cell branch (II) are an inductive element (1) and the second switched capacitor (4b). It is also possible that in each first type of cell (I), the lower charging switch (3) is replaced by the first intermediate switch and is connected directly to the negative rail (9), and the intermediate switch (6) and the intermediate rail (10) are removed.

Description

Przedmiotem wynalazku jest przekształtnik rezonansowy DC-DC o przełączanych kondensatorach, o zredukowanej liczbie aktywnych łączników. Rozwiązaniem jest topologia układu do przekształcania energii elektrycznej ze źródła o napięciu i prądzie stałym na energię o napięciu i prądzie stałym, projektowany dla szerokiego zakresu obciążeń i zredukowanej liczbie elementów półprzewodnikowych, w stosunku do znanych rozwiązań.The subject of the invention is a DC-DC resonant converter with switched capacitors and a reduced number of active switches. The solution is the topology of the system for converting electric energy from a source of voltage and direct current to energy of voltage and direct current, designed for a wide range of loads and a reduced number of semiconductor elements in relation to known solutions.

Znane są przekształtniki rezonansowe DC-DC składające się z elementów półprzewodnikowych oraz pasywnych, które umożliwiają przekształcanie energii przez ładowanie i rozładowanie kondensatorów w obwodach konfigurowanych przez łączniki półprzewodnikowe.There are known DC-DC resonant converters consisting of semiconductor and passive elements, which enable energy conversion by charging and discharging capacitors in circuits configured by semiconductor switches.

W fazie ładowania kondensatorów prąd płynie ze źródła przez przełączane kondensatory i połączone z nimi łączniki półprzewodnikowe, a w fazie rozładowania przełączanych kondensatorów prąd płynie ze źródła przez szeregowo połączone kondensatory przełączane oraz obwód wyjściowy i łączniki półprzewodnikowe konfigurujące takie połączenie elementów.In the capacitor charging phase, the current flows from the source through the switched capacitors and the semiconductor switches connected to them, and in the discharge phase of the switched capacitors, the current flows from the source through the series-connected switched capacitors and the output circuit and semiconductor connectors configuring such a combination of elements.

Z opisu EP 0257810A2 znany jest układ DC-DC w topologii powielacza napięcia złożony z kondensatorów i łączników. W układzie można wyróżnić stopnie, przy czym każdy stopień układu wykor zystuje trzy lub cztery łączniki i jeden kondensator. Kondensatory ładowane są ze źródła przez załączenie odpowiednich łączników w istniejących stopniach i mogą następnie zostać dołączone do wyjścia układu, co zapewnia, wartość napięcia wyjściowego większą od napięcia wejściowego według współczynnika proporcji, który zawiera liczbę przełączanych kondensatorów podniesioną o jeden.EP 0257810A2 discloses a DC-DC circuit in a voltage multiplier topology consisting of capacitors and switches. The circuit can be divided into stages, with each stage of the circuit using three or four switches and one capacitor. The capacitors are charged from the source by connecting the appropriate switches in the existing stages and can then be connected to the output of the circuit, which provides an output voltage value greater than the input voltage by an aspect ratio that includes the number of switched capacitors increased by one.

Z opisu wynalazku P.421657 znany jest przekształtnik rezonansowy DC-DC o przełączanych kondensatorach, który ma co najmniej dwie komórki połączone równolegle złożone z szeregowo połączonego łącznika ładującego górnego, kondensatora przełączanego, łącznika ładującego dolnego i z łącznika rozładowującego włączonego pomiędzy komórkami. Na wyjściu ma łącznik wyjściowy górny i kondensator wyjściowy górny, stanowiący wyjście znanego układu. Ponadto w gałęzi ujemnego bieguna napięcia wejściowego, pomiędzy łącznikiem ładującym dolnym przedostatniej komórki a łącznikiem ładującym dolnym ostatniej komórki, włączony jest łącznik pomocniczy, a pomiędzy ujemnym biegunem napięcia wejściowego i ujemnym biegunem kondensatora wyjściowego dolnego włączona jest dioda dolnego obwodu wyjściowego. Zaciski kondensatora wyjściowego dolnego są wyjściem napięciowym dolnym i wraz z zaciskami kondensatora wyjściowego górnego, będącym wyjściem napięciowym górnym, stanowią wyjście napięciowe przekształtnika rezonansowego.From the description of the invention P.421657 a DC-DC resonant converter with switched capacitors is known, which has at least two cells connected in parallel, consisting of a series connected top charging connector, a switching capacitor, a bottom charging connector and a discharge connector connected between the cells. It has an upper output connector at the output and an upper output capacitor, which is the output of the known circuit. Moreover, in the branch of the negative pole of the input voltage, between the charging connector of the lower terminal of the penultimate cell and the charging connector of the lower cell of the last cell, an auxiliary switch is connected, and a diode of the lower output circuit is connected between the negative pole of the input voltage and the negative pole of the output capacitor. The lower output capacitor terminals are the lower voltage output and together with the upper output capacitor terminals, which is the upper voltage output, they constitute the voltage output of the resonant converter.

Z opisu patentowego PL 225082 pod tytułem Sposób sterowania rezonansowego przekształtnika DCDC o przełączanych kondensatorach, znany jest układ złożony z komórek, w których znajduje się kondensator i łączniki półprzewodnikowe umożliwiające wzajemne łączenie komórek szeregowe lub równoległe ze źródłem, w cyklach ładowania kondensatorów lub zasilania odbiornika. Według opisanego sposobu wybiera się komórki aktywne w liczbie niezbędnej do uzyskania wymaganego napięcia wyjściowego i w cyklu ładowania, w każdej z komórek aktywnych, za pomocą łącznika ładowania górnego przełącza się kondensator tak iż ładuje się on ze źródła napięcia zasilania. Następnie, w cyklu rozładowania, za pomocą łącznika rozładowania, łączy się kondensatory komórek aktywnych szeregowo ze źródłem napięcia zasilania i doładowuje się kondensator wyjściowy, natomiast nie przełącza się kondensatorów w komórkach nie aktywnych. Na komórki aktywne wybiera się komórki od strony wyjścia przekształtnika.From the patent description PL 225082 entitled The method of controlling the resonant DCDC converter with switched capacitors, a system is known consisting of cells, in which there is a capacitor and semiconductor switches, which enable the cells to be interconnected in series or in parallel with the source, in the capacitor charging or power supply cycles. According to the described method, the number of active cells necessary to obtain the required output voltage is selected, and in the charging cycle, in each of the active cells, the capacitor is switched by means of the high-charge switch so that it is charged from the supply voltage source. Then, in the discharge cycle, the active cell capacitors are connected in series with the supply voltage source by means of a discharge switch, and the output capacitor is recharged, but the capacitors in inactive cells are not switched. Cells from the converter output side are selected as active cells.

Znany jest też z opisu patentowego PL 227999 przekształtnik rezonansowy DC-DC o przełączanych kondensatorach. Składa się on z gałęzi, z których każda zawiera szeregowo połączony górny łącznik, kondensator przełączany i dolny łącznik przy czym górne łączniki są przyłączone do dodatniego bieguna, a dolne łączniki do ujemnego bieguna. Pomiędzy dodatnim biegunem a węzłem między kondensatorem przełączanym i dolnym łącznikiem w pierwszej gałęzi, ma włączony dławik i łącznik wejściowy. Pomiędzy węzłem między górnym łącznikiem i kondensatorem przełączanym w ostatniej gałęzi, a dodatnim biegunem ma włączony łącznik wyjściowy, za którym ma kondensator wyjściowy. Ponadto ma połączenie bezpośrednie galwaniczne węzła między górnym łącznikiem i kondensatorem przełączanym jednej gałęzi z węzłem między kondensatorem przełączanym i dolnym łącznikiem kolejnej gałęzi. Przekształtnik, równolegle do kondensatorów przełączanych ma dołączone diody skierowane katodą do węzła między kondensatorem przełączanym i łącznikiem górnym.A DC-DC resonant converter with switched capacitors is also known from the patent description PL 227999. It consists of branches each containing a series-connected top link, a switching capacitor and a bottom link with the top links connected to the positive pole and the bottom links to the negative pole. Between the positive pole and the node between the switched capacitor and the lower connector in the first branch, it has a choke and an input connector. Between the node between the top switch and the capacitor switched in the last branch, and the positive pole, it has an output coupler, followed by an output capacitor. In addition, it has a direct junction galvanic connection between the upper junction and the switching capacitor of one branch with the node between the switching capacitor and the lower junction of the next branch. The converter, parallel to the switched capacitors, has diodes connected with the cathode towards the node between the switched capacitor and the upper switch.

Celem rozwiązania jest uzyskanie przekształtnika energii elektrycznej podwyższającego napięcie, w którym wzmocnienie napięcia jest analogiczne jak w znanych rozwiązaniach, jednak przy wyk orzystaniu mniejszej liczby elementów półprzewodnikowych.The aim of the solution is to obtain a voltage-boosting electric energy converter, in which the voltage gain is analogous to the known solutions, but with the use of a smaller number of semiconductor elements.

PL 239 302 B1PL 239 302 B1

Przekształtnik rezonansowy DC-DC, według wynalazku, ma połączone równolegle komórki zawierające półprzewodnikowe łączniki ładujące i rozładowujące oraz elementy pasywne. Wejście jest dołączane do źródła napięcia stałego, a napięcie wyjściowe odbierane na kondensatorze wyjściowym. W szynie dodatniej napięcia, przed gałęzią kondensatora wyjściowego włączony jest łącznik wyjściowy. Istotą układu jest to, że od strony wejścia ma co najmniej jeden zespół złożony z komórki pierwszego rodzaju i komórki drugiego rodzaju, a jako ostatnią ma komórkę pierwszego rodzaju. Komórka pierwszego rodzaju składa się z gałęzi zawierającej elementy pasywne, najkorzystniej szeregowo z dławikiem i kondensatorem, i z gałęzi zawierającej półprzewodnikowy łącznik rozładowujący, dołączone wspólnie poprzez łącznik ładujący dolny do szyny pośredniej. Komórka drugiego rodzaju ma gałąź z elementami pasywnymi, najkorzystniej dławikiem i kondensatorem, dołączoną bezpośrednio do szyny ujemnej. Ponadto w szynie dodatniej pomiędzy gałęziami komórki pierwszego rodzaju włączone są łączniki ładujące górne pierwsze. Przed komórką drugiego rodzaju czyli pomiędzy gałęziami komórki pierwszego rodzaju i komórki drugiego rodzaju włączone są łączniki ładujące górne drugie. Pomiędzy szyną pośrednią a szyną ujemną włączony jest łącznik pośredni ładowania. Kondensator wyjściowy włączony jest pomiędzy szynę dodatnią i szynę ujemną napięcia.The DC-DC resonant converter according to the invention has parallel-connected cells containing semiconductor charging and discharging switches and passive components. Input is connected to a DC voltage source and the output voltage is received at the output capacitor. In the positive voltage bus, an output jumper is connected in front of the output capacitor branch. The essence of the system is that from the entrance side it has at least one unit consisting of a cell of the first kind and a cell of the second kind, and the last one has a cell of the first kind. The first type of cell consists of a branch containing passive elements, most preferably in series with the inductor and capacitor, and a branch containing a semiconductor discharge switch connected together via the downstream link to the intermediate rail. The second type cell has a branch with passive elements, most preferably a choke and a capacitor, connected directly to the negative bus. Moreover, in the positive rail between the branches of the first type cell, the connectors charging the top first are connected. Before the cell of the second type, that is, between the branches of the cell of the first kind and cells of the second kind, the upper and second kind of connectors are connected. A charging adapter is connected between the intermediate rail and the negative rail. The output capacitor is connected between the positive bus and the negative voltage bus.

Możliwym jest zastąpienie w komórkach pierwszego rodzaju łączników ładujących dolnych łącznikami pośrednimi pierwszymi i dołączenie każdego z nich bezpośrednio do szyny ujemnej, a usunięcie szyny pośredniej i łącznika pośredniego.It is possible to replace the first type of loading connectors in the cells with the first intermediate connectors, and attach each of them directly to the negative rail, and remove the intermediate rail and the intermediate connector.

Układ, według wynalazku, umożliwia przekształcanie energii przez cykliczne ładowanie i rozładowanie kondensatorów przełączanych w obwodach konfigurowanych za pomocą łączników półprzewodnikowych. W cyklu ładowania kondensatorów przełączanych komórek pierwszego rodzaju prąd płynie ze źródła do komórki pierwszej od strony źródła, a do pozostałych kondensatorów komórek pierwszego rodzaju z kondensatorów poprzedzających je komórek drugiego rodzaju. Kondensator komórki drugiego rodzaju, najbliższej od strony źródła ładowany jest ze źródła połączonego szeregowo z kondensatorem pierwszej komórki pierwszego rodzaju. Kondensatory pozostałych komórek drugiego rodzaju oraz kondensator wyjściowy ładowane są z kondensatora poprzedniej komórki drugiego rodzaju połączonego szeregowo z kondensatorem poprzedniej komórki pierwszego rodzaju.The circuit according to the invention enables energy conversion by cyclically charging and discharging switched capacitors in circuits configured with semiconductor switches. In the charging cycle of the first-type switched capacitors, current flows from the source to the source-side first cell, and to the remaining first-type cell capacitors from the capacitors preceding the second-type cells. The capacitor of the second type cell closest to the source is charged from a source in series with the capacitor of the first cell of the first type. The capacitors of the remaining cells of the second kind and the output capacitor are charged from the capacitor of the previous cell of the second kind in series with the capacitor of the previous cell of the first kind.

W proponowanym rozwiązaniu bardzo korzystna jest redukcja liczby niezbędnych elementów do realizacji przekształtnika energii elektrycznej, co zwłaszcza przy dużej ilości gałęzi w układzie, znaczn ie obniża jego koszt. Przykładowo w układzie o wzmocnieniu napięciowym równym 8, proponowany w niniejszym zgłoszeniu wynalazek umożliwia redukcję liczby niezbędnych tranzystorów z 8 na 4, co jest istotną korzyścią w stosunku do znanego rozwiązania.In the proposed solution, it is very advantageous to reduce the number of necessary elements for the implementation of the electric energy converter, which, especially with a large number of branches in the system, significantly reduces its cost. For example, in a system with a voltage gain of 8, the invention proposed in the present application enables the reduction of the number of necessary transistors from 8 to 4, which is a significant advantage over the known solution.

Przekształtnik rezonansowy DC-DC w przykładowych rozwiązaniach przedstawiono na rysunku. Fig. 1 jest schematem blokowym układu w przykładzie 1. Fig. 2 jest schematem blokowym układu w przykładzie 2. Fig. 3 i 4 są schematami ideowymi objaśniającymi sposób sterowania przekształtnika.The DC-DC resonant converter in exemplary solutions is shown in the drawing. Fig. 1 is a block diagram of the circuit in example 1. Fig. 2 is a block diagram of the circuit in example 2. Figs. 3 and 4 are schematic diagrams explaining how to control the converter.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Przekształtnik pomiędzy szyną dodatnią 8 i szyną ujemną 9 napięcia wejściowego, ma połączone równolegle komórki zawierające półprzewodnikowe łączniki ładujące i rozładowujące oraz elementy pasywne. Wejście jest dołączane do źródła napięcia stałego uin, a napięcie wyjściowe uout odbierane jest na kondensatorze wyjściowym 7. W szynie dodatniej 8, przed gałęzią z kondensatorem wyjściowym 7 włączony jest łącznik wyjściowy 2c. Układ od strony wejścia ma jeden zespół złożony z komórki pierwszego rodzaju I i komórki drugiego rodzaju II, a jako ostatnią ma komórkę pierwszego rodzaju I. Komórka pierwszego rodzaju I składa się z gałęzi zawierającej jako elementy pasywne dławik 1 i kondensator przełączany pierwszy 4a, i z gałęzi zawierającej półprzewodnikowy łącznik rozładowujący 5 dołączone wspólnie poprzez łącznik ładujący dolny 3 do szyny pośredniej 10. Komórka drugiego rodzaju II ma gałąź zawierającą dławik 1 i kondensator przełączany drugi 4b, dołączoną bezpośrednio do szyny ujemnej 9. Ponadto w szynie dodatniej 8 pomiędzy gałęziami komórki pierwszego rodzaju I włączone są łączniki ładujące górne pierwsze 2a. Przed komórką drugiego rodzaju czyli pomiędzy gałęziami komórki pierwszego rodzaju I i komórki drugiego rodzaju II, włączone są łączniki ładujące górne drugie 2b. Pomiędzy szyną pośrednią 10 a szyną ujemną 9 włączony jest łącznik pośredni 6 ładowania. Kondensator wyjściowy włączony jest pomiędzy szynę dodatnią 8 i szynę ujemną 9.The converter between the positive bus 8 and the negative bus 9 of the input voltage has parallel-connected cells containing charging and discharging semiconductor switches and passive elements. The input is connected to a constant voltage source uin, and the output voltage uout is received on the output capacitor 7. In the positive bus 8, in front of the branch with the output capacitor 7, the output connector 2c is connected. The circuit on the input side has one unit consisting of a first type I cell and a second type II cell, and the last one has a first type I cell. consisting of a semiconductor discharge switch 5 connected jointly via a lower charge switch 3 to an intermediate bus 10. A second type cell II has a branch containing a choke 1 and a second switchable capacitor 4b, connected directly to the negative bus 9. Moreover, in the positive bus 8 between the branches of a first type I cell the first 2a top loading links are engaged. Before the cell of the second type, that is, between the branches of the cell of the first type I and cells of the second type II, the loaders of the upper second type 2b are connected. The charging adapter 6 is connected between the intermediate rail 10 and the negative rail 9. The output capacitor is connected between the positive bus 8 and negative bus 9.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

W tym przykładzie w komórkach pierwszego rodzaju I łączniki ładujące dolne 3 zastąpione zostały łącznikami pośrednimi pierwszymi 6” i połączone bezpośrednio do szyny ujemnej 9. Usunięta została szyna pośrednia 10 i łącznik pośredni 6.In this example, in the cells of the first type I, the bottom loading connectors 3 have been replaced with the first 6 "intermediate connectors and connected directly to the negative rail 9. The intermediate rail 10 and the intermediate connector 6 have been removed.

PL 239 302 BIPL 239 302 BI

Celem objaśnienia działania przekształtnika, według wynalazku, przedstawiono rozwiązanie, pokazane na fig. 3 i 4, w którym przekształtnik ma jeden zespół komórek pierwszego i drugiego rodzaju oraz jako ostatnią ma komórkę pierwszego rodzaju.In order to explain the operation of the converter according to the invention, the solution shown in Figs. 3 and 4 is presented, in which the converter has one set of cells of the first and second types and the last one has a cell of the first type.

Ze źródła o napięciu stałym 50 V dołączonego do wejścia układu Uin, po załączaniu łączników półprzewodnikowych, pośredniego 6, ładujących górnych pierwszych 2a; oraz łączników ładujących dolnych 3, ładowane są kondensatory przełączane pierwsze 4a w komórkach pierwszego rodzaju I ze źródła w przypadku pierwszej komórki pierwszego rodzaju lub z kondensatora w komórce drugiego rodzaju II w przypadku drugiej komórki pierwszego rodzaju. Po zakończeniu ładowania kondensatorów przełączanych, wyłączany jest łącznik pośredni 6 oraz łączniki górne pierwsze 2 i łączniki ładujące dolne 3. Z opóźnieniem wymaganym dla zastosowanych elementów półprzewodnikowych załączane będą łączniki rozładowujące 5, oraz łącznik wyjściowy 2c. Od tego momentu może nastąpić rozładowanie połączonych szeregowo kondensatorów przełączanych pierwszych 4a w komórkach pierwszego rodzaju 1 i równoczesne ładowanie kondensatorów przełączanych drugich 4b w komórkach drugiego rodzaju II ze źródła napięcia wejściowego Uh oraz kondensatora wyjściowego 7. Napięcie wyjściowe układu jest zbliżone do wartości proporcjonalnej do 2ⁿ liczby przełączanych kondensatorów oraz napięcia wejściowego: L/Out = 2ⁿ Um. W tym przykładzie napięcie na wyjściu przekształtnika wyniesie około 200 V.From a 50 V DC source connected to the input of the Uin circuit, after switching on the intermediate 6 semiconductor switches, charging the top first 2a; and the downstream connectors 3, the first type switched capacitors 4a in the first type cells I are charged from a source for a first type cell or from a capacitor in a second type cell II for a second type cell. After charging the switched capacitors, the intermediate switch 6 is turned off, as well as the upper first 2 and lower charging 3. With the delay required for the semiconductor elements used, the discharge switches 5 and the output switch 2c will be switched on. From this point on, the series-connected first switched capacitors 4a can be discharged in the first-type 1 cells and the second-type switched capacitors 4b are charged simultaneously in the second-type II cells from the input voltage source Uh and the output capacitor 7. The circuit's output voltage is close to a value proportional to ²ⁿ number of switched capacitors and input voltage: L / Out = 2 ⁿ Um. In this example, the inverter output voltage will be about 200 V.

W tabeli poniższej pokazano zastosowane w przykładzie wykonania elementy i zmierzone napięcia. Elementy stosowane w innych wykonaniach, również według wynalazku, pokazano w ostatniej kolumnie tabeli.The table below shows the components used in the embodiment and the measured voltages. Elements used in other embodiments, also according to the invention, are shown in the last column of the table.

oznaczenie designation nazwa użyta w opisie name used in the description zastosowany element element used inne możliwe elementy other possible elements 1 1 element o charakterze indukcyjnym inductive element dławiki o indukcyjności kilku mikrohenrów chokes with inductance of a few microhenres 2a 2b 2c 3 2a 2b 2c 3 łącznik ładujący górny pierwszy łącznik ładujący gómy drugi łącznik wyjściowy łącznik ładujący dolny the top loading link, the first loading link, the top second output link bottom loading link dioda szybka fast diode tranzystor lub tyrystor transistor or thyristor 4a 4b 4a 4b kondensator przełączany pierwszy kondensator przełączany drugi switching capacitor first switching capacitor second kondensatory foliowe film capacitors kondensatory ceramiczne ceramic capacitors 5 6 5 6 łącznik rozładowujący łącznik pośredni discharging switch intermediate switch tranzystory MOSFET MOSFET transistors tranzystor IGBT, SiC, GaN, tyrystor, IGBT transistor, SiC, GaN, thyristor, 6^!'6 ^! ' łącznik pośredni pierwszy first intermediate connector tranzystory MOSFET MOSFET transistors tranzystor IGBT, SiC, GaN, tyrystor IGBT, SiC, GaN transistor, thyristor 7 7 kondensator wyjściowy output capacitor foliowe i elektrolityczne foil and electrolytic kondensatory ceramiczne ceramic capacitors Uin Uin napięcie stałe o wartości 50 V DC voltage of 50 V Uoul Uoul napięcie stałe o wartości ok. 350 V direct voltage of approx. 350 V

PL 239 302 B1PL 239 302 B1

Wykaz oznaczeńList of designations

I komórka pierwszego rodzajuAnd a cell of the first kind

II komórka drugiego rodzajuII cell of the second kind

1. element o charakterze indukcyjnym - dławik1. inductive element - choke

2. a - łącznik ładujący górny pierwszy (w komórkach pierwszego rodzaju) b - łącznik ładujący górny drugi (przed komórkami drugiego rodzaju) c - wyjściowy2.a - first top charging connector (in first type cells) b - second top charging connector (in front of second type cells) c - output

3. łącznik ładujący dolny3. bottom loading link

4. kondensator przełączany a - pierwszy (w komórkach pierwszego rodzaju) b - drugi (w komórkach drugiego rodzaju)4.switching capacitor a - first (in cells of the first type) b - second (in cells of the second type)

5. łącznik rozładowujący5. Discharging switch

6. łącznik pośredni6. intermediate connector

6” łącznik pośredni pierwszy6 ”first intermediate connector

7. kondensator wyjściowy7. output capacitor

8. szyna dodatnia8th positive rail

9. szyna ujemna9. negative rail

10. szyna pośrednia10.intermediate rail

Uin wejście napięciowe (źródło)/ napięcie wejścioweUin voltage input (source) / input voltage

Uout wyjście napięciowe przekształtnika /napięcie wyjścioweUout converter voltage output / output voltage

Zastrzeżenia patentowePatent claims

Claims

Patent claims

1. A DC-DC resonant converter with switched capacitors and a reduced number of active switches having parallel-connected cells that include semiconductor charging and discharging switches and passive components, in which the last branch contains one output capacitor, and in the positive bus, in front of the output capacitor branch, is connected an exit connector, characterized in that on the entrance side it has at least one unit consisting of a first type cell (I) and a second type cell (II), and on the exit side it has a first type cell (I), the first type cell ( I) consists of a branch containing passive elements (1; 4a) and a branch containing a discharge switch (5) connected together through the lower loading connector (3) to the intermediate rail (10), the second type cell (II) has a branch with passive elements ( 1; 4b) connected directly to the negative bus (9), moreover the converter in the positive bus (8) between the branches the cells of the first type (I) have first top loading connectors (2a) and in front of the second type cell there are second top loading connectors (2b), and between the intermediate rail (10) and the negative rail (9) an intermediate connector (6) is connected, while the output capacitor (7) is connected between the positive bus (8) and negative bus (9).

2. Converter according to claim The method of claim 1, characterized in that the passive elements in the first type of cell branch (I) are inductive elements (1) and the first switched capacitor (4).

3. Converter according to claim A device according to claim 1, characterized in that the passive elements in the second type of cell branch (II) are inductive element (1) and the second switchable capacitor (4b).

4. Converter according to claim The method of claim 1, characterized in that in each of the first type cells (1) the bottom loading link is a first intermediate link (6 ") connected directly to the negative rail (9).