SK289058B6 - High gain boost converter with the coupled inductors and the resetting of the magnetic flux - Google Patents
High gain boost converter with the coupled inductors and the resetting of the magnetic flux Download PDFInfo
- Publication number
- SK289058B6 SK289058B6 SK58-2018A SK582018A SK289058B6 SK 289058 B6 SK289058 B6 SK 289058B6 SK 582018 A SK582018 A SK 582018A SK 289058 B6 SK289058 B6 SK 289058B6
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- coupled
- boost converter
- magnetic flux
- desaturation
- converter
- Prior art date
Links
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Oblasť technikyThe field of technology
Predmetom vynálezu je prekladaný zvyšovací menič s vysokým ziskom, viazanými indukčnosťami a resetovaním magnetického toku určený pre zdrojové aplikácie. Vynález patrí do oblasti výkonovej elektroniky.The subject of the invention is an interlaced step-up converter with high gain, coupled inductances and magnetic flux reset designed for source applications. The invention belongs to the field of power electronics.
Doterajší stav technikyCurrent state of the art
Zvyšovanie účinnosti, výkonovej hustoty a ďalších parametrov je súčasným trendom vo výkonovej elektronike. Zvyšovacie meniče nachádzajú uplatnenie všade tam, kde je potrebné zvýšiť napäťovú úroveň napájacieho zdroja, no v poslednom čase najmä v meničoch pre automobily, kde zvyšujú napätie z batérií na napájanie elektromotora. A práve v elektromobiloch je požadované dosiahnutie vysokého zisku.Increasing efficiency, power density and other parameters is the current trend in power electronics. Step-up converters are used wherever it is necessary to increase the voltage level of the power source, but recently especially in converters for cars, where they increase the voltage from the batteries to power the electric motor. And it is precisely in electric cars that a high profit is required.
V oblasti zvyšovacích meničov sa čoraz viac začínajú uplatňovať prekladané meniče (Yie-Tone Chen, Zong-Xing Lu, Ruey-Hsun Liang: Analysis and Design cf a Novel High-Step-Up DC/DC Converter with Coupled Inductors, In: IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, DOI 10.1109/TPEL.2017.2668445; He Liu, and Donglai Zhang: Two-Phase Interleaved Inverse-Coupled Inductor Boost without Right Haif Piane Zeros, In: IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, DOI 10.1109/TPEL.2016.2565723; Xiucheng Huang, Fred C. Lee, Qiang Li, Weijing Du: High Freguency High Ejficiency GaN-Based Interleaved CRMBi-directional Buck/Boost Converter with Inverse Coupled Inductor, In: IEEE Transactions on Power Electronics, 2015, DOI 10.1109/TPEL.2015.2476482; K. C. Tseng, J. Z. Chen, J. T. Lin, C. C. Huang, and T. H. Yen: High Step-up Interleaved Forward-Flyback Boost Converter with Three-Winding Coupled Inductors, In: IEEE Transactions on Power Electronics, 2014, DOI 10.1109/TPEL.2014.2364292), obr. 3, nakoľko disponujú výhodnejšími parametrami (menšie zvlnenie prúdu a napätia, účinnosť, vyššia dynamika, tieňovanie - odpájanie nevyťažených vetiev, redukcia elektromagnetického rušenia, n-násobná frekvencia zvlnenia výstupného prúdu atď.) v porovnaní s klasickými zvyšovacími meničmi (Sam Abdel-Rahman, Franz Stúckler, Ken Siu: PFC boost converter design guide - 1200 W design example, Application Note; Abdul Fathah: Design cf a Boost Converter, Bachelor thesis, 2013; B. M Hasaneen, Adel A. Elbaset: Design And Simulation cf DC/DC Boost Converter, In: The Tweifth International Middle East Power System Conference, MEPCON'2008, South Valley University, Faculty of Eng., Aswan, Egypt, Vol. I, March 13-15, 2008), obr. 2. Výhodnou vlastnosťou prekladaných zvyšovacích meničov je možnosť magneticky zviazať tieto indukčnosti, čo ešte zlepšuje ich vlastnosti a zvyšuje aj ich možnosti (možnosť mäkkého spínania výkonových spínačov a pod.). Magnetická väzba v týchto meničoch zabezpečuje menšie zvlnenie odoberaného prúdu, a teda znižuje nároky na veľkosť vstupnej kapacity. Niektoré takéto meniče umožňujú aj obojsmernú prevádzku (jedným smerom sú zvyšovacie, opačným smerom znižovacie). S rastúcim počtom vetiev meniča však narastajú nároky na jeho riadenie, ktoré môže byť realizované rôznymi spôsobmi (komplementárne spínanie, s prekrytím atď.).In the field of step-up converters, interleaved converters are increasingly being used (Yie-Tone Chen, Zong-Xing Lu, Ruey-Hsun Liang: Analysis and Design cf a Novel High-Step-Up DC/DC Converter with Coupled Inductors, In: IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, DOI 10.1109/TPEL.2017.2668445; He Liu, and Donglai Zhang: Two-Phase Interleaved Inverse-Coupled Inductor Boost without Right Haif Piane Zeros, In: IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, DOI 10.1109/TPEL. 2016.2565723; Xiucheng Huang, Fred C. Lee, Qiang Li, Weijing Du: High Frequency High Efficiency GaN-Based Interleaved CRMBi-directional Buck/Boost Converter with Inverse Coupled Inductor, In: IEEE Transactions on Power Electronics, 2015, DOI 10.1109/TPEL .2015.2476482; K. C. Tseng, J. Z. Chen, J. T. Lin, C. C. Huang, and T. H. Yen: High Step-up Interleaved Forward-Flyback Boost Converter with Three-Winding Coupled Inductors, In: IEEE Transactions on Power Electronics, 2014, DOI 10.1109/TPEL .2014.2364292), fig. 3, as they have more favorable parameters (smaller current and voltage ripple, efficiency, higher dynamics, shading - disconnection of unused branches, reduction of electromagnetic interference, n-fold frequency of the output current ripple, etc.) compared to classic step-up converters (Sam Abdel-Rahman, Franz Stückler, Ken Siu: PFC boost converter design guide - 1200 W design example, Application Note; Abdul Fathah: Design cf a Boost Converter, Bachelor thesis, 2013; B. M Hasaneen, Adel A. Elbaset: Design And Simulation cf DC/ DC Boost Converter, In: The Twelfth International Middle East Power System Conference, MEPCON'2008, South Valley University, Faculty of Eng., Aswan, Egypt, Vol. I, March 13-15, 2008), fig. 2. An advantageous feature of interleaved step-up converters is the possibility of magnetically binding these inductances, which further improves their properties and increases their possibilities (possibility of soft switching of power switches, etc.). The magnetic coupling in these converters ensures a smaller ripple of the current taken, and thus reduces the requirements for the size of the input capacity. Some such inverters also allow bidirectional operation (in one direction they are increasing, in the other direction they are decreasing). However, with the increasing number of branches of the converter, the demands on its management increase, which can be realized in different ways (complementary switching, with overlap, etc.).
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Prekladaný zvyšovací menič s vysokým ziskom, viazanými indukčnosťami a resetovaním magnetického toku pozostáva z troch častí. Prvú časť systému tvorí prekladaný zvyšovací menič s konštantným vysokým ziskom, ktorý zvyšuje vstupné napätie na požadovanú výstupnú hodnotu. Druhú časť systému tvorí desaturačný blok, ktorého úlohou je desaturovať (zabrániť presýteniu) magnetický obvod vďaka vzájomnej magnetickej väzbe s ostatnými indukčnosťami a navyše je táto energia cez desaturačný usmerňovač presunutá do záťaže, čím sa zvyšuje účinnosť celého zapojenia. Poslednú časť systému tvorí riadiaci obvod, ktorý riadi spínanie tranzistorov zvyšovacieho meniča tak, aby sa na výstupe dosiahla požadovaná hodnota napätia.The interlaced boost converter with high gain, coupled inductances and magnetic flux reset consists of three parts. The first part of the system consists of an interleaved step-up converter with a constant high gain, which increases the input voltage to the desired output value. The second part of the system consists of a desaturation block, whose task is to desaturate (prevent oversaturation) the magnetic circuit due to mutual magnetic coupling with other inductances, and in addition, this energy is transferred to the load through the desaturation rectifier, which increases the efficiency of the entire connection. The last part of the system consists of a control circuit that controls the switching of the transistors of the step-up converter so that the required voltage value is reached at the output.
Prekladaný zvyšovací menič s vysokým ziskom, viazanými indukčnosťami a resetovaním magnetického toku dosahuje vysoký konštantný zisk a tiež vysokú účinnosť práve vďaka silnej vzájomnej magnetickej väzbe medzi jednotlivými indukčnosťami, kde všetky indukčnosti sú inštalované na centrálnom stĺpiku jediného magnetického obvodu. Terciárna (desaturačná) indukčnosť zabezpečuje resetovanie magnetického toku viazanej indukčnosti, a teda zabraňuje presýteniu magnetického obvodu a navyše je táto energia cez desaturačný usmerňovač presunutá do záťaže, čím sa zvyšuje účinnosť celého zapojenia. Technické riešenie dosahuje vysokú účinnosť a vysoký konštantný zisk v porovnaní s klasickým zvyšovacím meničom. Použitie terciárnej (desaturačnej) indukčnosti zabezpečuje resetovanie magnetického toku viazanej indukčnosti, a teda zabraňuje presýteniu magnetického obvodu a navyše je táto energia cez desaturačný usmerňovač presunutá do záťaže. Uvedené zapojenie disponuje všetkými vlastnosťami klasických zvyšovacích meničov, ale v porovnaní s pôvodnými zvyšovacími meničmi prináša ďalšie výhodné vlastnosti, a to malé zvlnenie prúdu a napätia, vysokú dynamiku, redukciu EMI a tieňovanie, tzn. odpájanie nevyťažených vetiev.The interleaved step-up converter with high gain, coupled inductances and magnetic flux reset achieves high constant gain and also high efficiency precisely because of the strong mutual magnetic coupling between individual inductances, where all inductances are installed on the central post of a single magnetic circuit. Tertiary (desaturation) inductance ensures the resetting of the magnetic flux of the coupled inductance, and therefore prevents the oversaturation of the magnetic circuit, and in addition, this energy is transferred to the load through the desaturation rectifier, which increases the efficiency of the entire connection. The technical solution achieves high efficiency and high constant gain compared to a classic step-up converter. The use of the tertiary (desaturation) inductance ensures the resetting of the magnetic flux of the coupled inductance, and thus prevents the oversaturation of the magnetic circuit, and in addition, this energy is transferred to the load through the desaturation rectifier. The mentioned connection has all the properties of classic step-up converters, but compared to the original step-up converters, it brings other advantageous properties, namely small current and voltage ripple, high dynamics, EMI reduction and shielding, i.e. disconnection of unused branches.
Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images on drawings
Na obr. 1 je zobrazená schéma prekladaného zvyšovacieho meniča s vysokým ziskom, viazanými indukčnosťami a resetovaním magnetického toku.In fig. 1 shows a schematic of an interlaced boost converter with high gain, coupled inductances and magnetic flux reset.
Na obr. 2 je zobrazená schéma klasického zvyšovacieho (Boost) meniča a na obr. 3 je zobrazená schéma klasického prekladaného zvyšovacieho (Boost) meniča. Obrázky 2 a 3 dopĺňajú opis doterajšieho stavu techniky.In fig. 2 shows a diagram of a classic boost converter and in fig. 3 shows a diagram of a classic interlaced boost converter. Figures 2 and 3 complete the description of the current state of the art.
Príklady uskutočnenia vynálezuExamples of implementation of the invention
Prekladaný zvyšovací menič s vysokým ziskom, viazanými indukčnosťami a resetovaním magnetického toku podľa obr. 1 sa skladá z jednosmerného zdroja 1, ku ktorému je pripojený prekladaný zvyšovací menič 2 tvorený sériovým zapojením viazaných boostovacích indukčností 4 a výkonových spínačov 3. Výstup z prekladaného zvyšovacieho meniča 2 je privedený do viazaného desaturačného bloku 5 tvoreného viazaným desaturačným vinutím 6 a desaturačným usmerňovačom, ktorý je pripojený k výstupnej časti 7 tvorenej výstupným kondenzátorom a záťažou. Riadenie spínania výkonových spínačov 3 zabezpečuje riadiaci obvod 8. Viazané boostovacie indukčností 4 prekladaného zvyšovacieho meniča 2 a viazané desaturačné vinutie 6 viazaného desaturačného bloku 5 sú inštalované na centrálnom stĺpiku jediného magnetického obvodu.Interleaved boost converter with high gain, coupled inductances and magnetic flux reset according to fig. 1 consists of a DC source 1, to which is connected an interleaved boost converter 2 formed by series connection of coupled boost inductances 4 and power switches 3. The output from the interleaved boost converter 2 is fed to a coupled desaturation block 5 formed by a coupled desaturation winding 6 and a desaturation rectifier, which is connected to the output part 7 formed by the output capacitor and the load. Control of the switching of the power switches 3 is provided by the control circuit 8. The coupled boosting inductance 4 of the interlaced step-up converter 2 and the coupled desaturation winding 6 of the coupled desaturation block 5 are installed on the central column of a single magnetic circuit.
Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability
Prekladaný zvyšovací menič s vysokým ziskom, viazanými indukčnosťami a resetovaním magnetického toku je možné použiť vo všetkých aplikáciách vyžadujúcich si zvyšovanie jednosmerného napätia (pohony, elektromobily, záložné zdroje, telekomunikácie, v meničoch pre obnoviteľné zdroje energie, bežné napájacie zdroje a pod.).The interleaved step-up converter with high gain, coupled inductances and magnetic flux reset can be used in all applications requiring DC voltage boosting (drives, electric cars, backup sources, telecommunications, in converters for renewable energy sources, conventional power supplies, etc.).
Zoznam vzťahových značiekList of relationship tags
-Jednosmerný zdroj-One-way source
- Prekladaný zvyšovací menič- Interleaved boost converter
3 -Výkonové spínače3 - Power switches
-Viazané boostovacie indukčnosti-Bonded boosting inductances
-Viazaný desaturačný blok-Tethered desaturation block
-Viazané desaturačné vinutie-Bonded desaturation winding
- Výstupná časť tvorená výstupným kondenzátorom a záťažou- The output part formed by the output capacitor and the load
8 - Riadiaci obvod8 - Control circuit
Ti, T2 - Riadiace elektródyTi, T 2 - Control electrodes
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK58-2018A SK289058B6 (en) | 2017-08-11 | 2018-08-11 | High gain boost converter with the coupled inductors and the resetting of the magnetic flux |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK58-2018A SK289058B6 (en) | 2017-08-11 | 2018-08-11 | High gain boost converter with the coupled inductors and the resetting of the magnetic flux |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK582018A3 SK582018A3 (en) | 2019-03-01 |
SK289058B6 true SK289058B6 (en) | 2023-03-29 |
Family
ID=65493713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK58-2018A SK289058B6 (en) | 2017-08-11 | 2018-08-11 | High gain boost converter with the coupled inductors and the resetting of the magnetic flux |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SK (1) | SK289058B6 (en) |
-
2018
- 2018-08-11 SK SK58-2018A patent/SK289058B6/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SK582018A3 (en) | 2019-03-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Schmitz et al. | Comprehensive conception of high step-up DC–DC converters with coupled inductor and voltage multipliers techniques | |
Baddipadiga et al. | A family of high-voltage-gain DC–DC converters based on a generalized structure | |
Tofoli et al. | Novel nonisolated high-voltage gain dc–dc converters based on 3SSC and VMC | |
Jiao et al. | Voltage-lift-type switched-inductor cells for enhancing DC–DC boost ability: Principles and integrations in Luo converter | |
Yu et al. | A family of module-integrated high step-up converters with dual coupled inductors | |
US20090085548A1 (en) | Converter circuit and method for operating such a converter circuit | |
Yan et al. | A novel interleaved nonisolated bidirectional DC–DC converter with high voltage-gain and full-range ZVS | |
JP2012110208A (en) | Power converter | |
Keum et al. | High efficiency voltage-clamped coupled-inductor boost converter | |
Vázquez et al. | Double tapped‐inductor boost converter | |
Zhu et al. | A 500-A/48-to-1-V Switching Bus Converter: A Hybrid Switched-Capacitor Voltage Regulator with 94.7% Peak Efficiency and 464-W/in 3 Power Density | |
CN112311232B (en) | Switched capacitor type direct current/direct current converter, switching power supply and control method | |
CN111030446B (en) | DC-DC/DC conversion topology circuit and device | |
Alzahrani et al. | Single and interleaved split-pi DC-DC converter | |
Hoch et al. | Voltage multiplier applied to boost DC–DC converter: analysis, design, and performance evaluations | |
Hajilou et al. | High step‐up quasi‐Z‐source converter with full soft switching range, continuous input current and low auxiliary elements | |
SK289058B6 (en) | High gain boost converter with the coupled inductors and the resetting of the magnetic flux | |
Gohari et al. | Family of interleaved high step-up DC-DC converters utilizing multi-winding coupled inductors | |
Nimitti et al. | Family of Bidirectional Boost/Buck DC-DC Converter | |
SK8271Y1 (en) | High gain boost converter with the coupled inductors and the resetting of the magnetic flux | |
TWI625922B (en) | Wide-range voltage conversion ratios dc-dc converter | |
US10270344B2 (en) | Multiphase voltage converter with coupled inductors of reduced winding loss and core loss | |
Chae et al. | Analysis and design of two-phase zero-voltage switching bidirectional dc-dc converter using coupled inductor | |
TW201611494A (en) | Step down DC converter | |
Wang et al. | GaN FET-based ultra-thin DC-DC step-down converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Patent lapsed due to non-payment of maintenance fees |
Effective date: 20230811 |