Resonant Power Converters: An Overview with Multiple Elements in the Resonant Tank Network

Abstract:In this paper, two multi-element resonant DC-DC converters are analyzed in detail. Since their resonant tanks have multiple resonant components, the converters display different resonant characteristics within different operating frequency ranges. Through appropriate design, both of the two proposed converters successfully lower the conversion losses and, meanwhile, broaden the voltage gain ranges as well: one converter is able to take full usage of the third order harmonic to deliver the active power, and thus the effective utilization rate of the resonant current is elevated; while the another minimizes the entire switching losses for power switching devices by restricting the input impedance angle of the resonant tank. Besides, the loss distribution is analyzed for the purpose of guiding the component design. In the end, two 500 W prototypes are fabricated to test the theoretical analyses. The results demonstrate that the two proposed converters can achieve wide voltage gain with the small frequency deviation, which noticeably contributes to highly efficient conversion. Their peak efficiencies are measured as 95.4% and 95.3%, respectively.

show abstract

“…P T1 = P T1-con-pri + P T1-con-sec + P T1-mag (25) Similarly, the losses P T2 of T 2 can be obtained based as well.…”

Section: Transformer Lossesmentioning

confidence: 98%

“…The shortcomings related to the LLC circuit can be effectively alleviated by the usage of the multi-element resonant converters (MRCs) [25]. MRCs are generally defined as the DC-DC converter whose resonant tank contains at least four passive resonant components.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Study of Two Multi-Element Resonant DC-DC Topologies with Loss Distribution Analyses

et al. 2017

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Series resonant converter has been recommended by several researchers according to its simplicity and popularity in many applications, where the LC components are connected in series with the rectifier-load network [19]- [22]. The drawback of the series resonant converters is that the input voltage is split between the resonant impedance and the load, which makes the DC gain of SRC is always lower than unity [9], [23]. In case of light load or no-load condition, it is difficult to control the output voltage.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Phase-shifted Series Resonant Converter with Zero Voltage Switching Turn-on and Variable Frequency Control

Salem¹,

Jusoh²,

Idris³

et al. 2017

IJPEDS

View full text Add to dashboard Cite

This paper presents a phase shifted series resonant converter with step up high frequency transformer to achieve the functions of high output voltage, high power density and wide range of Zero Voltage Switching (ZVS). In this approach, the output voltage is controlled by varying the switching frequency. The controller has been designed to achieve a good stability under different load conditions. The converter will react to the load variation by varying its switching frequency to satisfy the output voltage requirements. Therefore in order to maintain constant output voltage, for light load (50% of the load), the switching frequency will be decreased to meet the desired output, while for the full load (100%) conditions, the switching frequency will be increased. Since the controlled switching frequency is limited by the range between the higher and lower resonant frequencies , the switches can be turned on under ZVS. In this study, a laboratory experiment has been conducted to verify the effectiveness of the system performance.

show abstract

“…Conversores CC-CC ressonantes (CR) são estruturas com aplicações em importantes áreas da eletrônica de potência, como alta tensão [1]- [6], veículos elétricos [7], fontes renováveis [8], [9], transformadores eletrônicos [10], [11], fontes de alimentação de baixa tensão [12], entre outras aplicações [13], [14]. Os conversores ressonantes se caracterizam por aproveitarem os elementos parasitas dos componentes do conversor, utilizando-os em suas etapas de operação e para realizar comutação suave, o que pode contribuir na obtenção de alta eficiência e eliminação de problemas de interferência eletromagnética.…”

Section: Introductionunclassified

“…Uma das principais características que diferencia os conversores ressonantes é a conexão dos elementos do circuito ressonante (também denominados de circuito tanque), sendo as configurações mais empregadas a série ressonante, a paralelo ressonante e a série paralelo ressonante [7]. Quanto ao estágio inversor de entrada, existem algumas possibilidades de implementação, como o meia ponte [5], [14], [20], [21], o ponte completa [1], tipo T [22] e push-pull [4].…”

Section: Introductionunclassified

Conversor CC-CC Paralelo Ressonante Meia Ponte Assimétrico com Saída em Tensão

Lazzarin¹,

Barbi²,

Delvanei³

et al. 2017

Revista Eletrônica de Potência

View full text Add to dashboard Cite

dobrador de tensão. A configuração possui número reduzido de interruptores, elimina circulação de corrente média nos elementos passivos tanto no primário quanto no secundário, e pode utilizar os parâmetros intrínsecos do transformador em seu projeto, o que a torna atrativa para aplicações como fontes de alta tensão de saída.Análise das etapas de operação, característica estática, equacionamento orientado ao projeto e a implementação de comutação sob tensão nula são abordados neste artigo. O estudo do conversor é verificado através de um protótipo de 1 kW, 400 V de entrada e 400 V de saída. O conversor apresentou rendimento elevado, acima de 97%, e comutação suave numa faixa de carga acima de 60% do valor nominal. Palavras-chave - HALF-BRIDGE PARALLEL RESONANT DC-DC CONVERTER WITH ASYMMETRICAL PWMAbstract -In this research, the study of a modified HalfBridge Parallel Resonant dc-dc converter is proposed. The proposed topology operates with constant frequency and asymmetrical PWM, such as the conventional one. The topology uses a voltage doubler rectifier in output stage, which avoid the flow of DC component current in the transformer primary. This characteristic improves the transformer design and eliminates the series capacitor, which is requred in the conventional half-bridge topology. The proposed topology also integrates the transformer parasitic elements, such as the leakage inductance and the winding capacitance in the operation, achieving zero voltage switching in transformer primary side switches, over a wide load range. Theoretical analysis, commutation analysis and design guidelines are presented in the paper. Experimental results from a 1 kW prototype, 50 kHz of switching frequency, 400 V at input voltage and 400 V A origem dos elementos parasitas ao longo do conversor está relacionada com sua aplicação. No contexto de fontes chaveadas para alta tensão, é comum o uso de transformador para conferir isolação galvânica ao projeto e elevação de ganho. Devido aos aspectos construtivos do transformador, necessários para operar com alta tensão, tais como número de espiras elevado, distância entre camadas, presença de material isolante, a presença dos elementos parasitas não pode ser desprezada, em especial da indutância de dispersão e da capacitância entre enrolamentos [3], [15], [16]. Estas podem ser responsáveis por provocar sobretensões e atrasos nas transições das tensões no transformador [17]. Já em veículos elétricos, incorporar os elementos parasitas propicia operar conversores com eficiência na ordem de 97%, com alguns exemplos encontrados em [18], [19].Um conversor CC-CC ressonante pode ser representado por três grandes blocos, conforme ilustrado no diagrama da Figura 1. Uma das principais características que diferencia os conversores ressonantes é a conexão dos elementos do circuito ressonante (também denominados de circuito tanque), sendo as configurações mais empregadas a série ressonante, a paralelo ressonante e a série paralelo ressonante [7]. Quanto ao estágio inversor de entrada, existem algu...

show abstract

Resonant Power Converters: An Overview with Multiple Elements in the Resonant Tank Network

Cited by 63 publications

References 93 publications

A Study of Two Multi-Element Resonant DC-DC Topologies with Loss Distribution Analyses

A Study of Two Multi-Element Resonant DC-DC Topologies with Loss Distribution Analyses

Phase-shifted Series Resonant Converter with Zero Voltage Switching Turn-on and Variable Frequency Control

Conversor CC-CC Paralelo Ressonante Meia Ponte Assimétrico com Saída em Tensão

Contact Info

Product

Resources

About