Assessment of a conventional 4L DC-DC Flying Capacitor Topology to operate in resonant mode and soft-switching capability

Tipo de documento

Dissertação

Data

2024

Modalidade de acesso

Acesso aberto

Centro

CCT

Instituição

Programa

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

Área do conhecimento

Engenharias

Editora

Autor

Medeiros, Augusto Manfroi

Coorientador

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Fascículo

Resumo

Multilevel resonant converters have been used to achieve high levels of power density and efficiency in low voltage (LV) step-down converters, due to the demand for high output currents and the benefits of soft-switching properties. These converters typically operate at or above the resonance frequency due to their characteristics. This work proposes an extension to the multilevel resonant floating capacitor (ML-RFLCC) converter, demonstrating the ability of a 1:3 converter to achieve soft-switching and output voltage regulation while operating at or below the resonance frequency. Due to the number of state variables, a state diagram is proposed to demonstrate the operation of the proposed converter, and its dependencies, on the different resonant tanks. To achieve these objectives, this work proposes an operating coefficient A. A prototype, employing GaN switches, is developed to validate the theoretical results and non-idealities while operating below the resonance frequency.

Abstract

Conversores ressonantes multiníveis têm sido utilizados para alcançar altos níveis de densidade de potência e eficiência em conversores abaixadores de baixa tensão (LV), devido à demanda por altas correntes de saída e aos benefícios das propriedades de comutação suave. Esses conversores normalmente operam sincronizados ou acima da frequência de ressonância devido às suas características. Este trabalho propõe uma extensão ao conversor ressonante multinível do tipo capacitor flutuante (ML-RFLCC), demonstrando a capacidade de um conversor 1:3 de atingir comutação suave e regulação da tensão de saída enquanto opera em sincronização, ou abaixo, da frequência de ressonância. Por conta do número de variáveis de estado, é proposto um diagrama de estados para demonstrar o funcionamento do conversor proposto, e suas dependências, dos diferentes tanques ressonantes. Para atingir esses objetivos, este trabalho propõe um coeficiente de operação A. Um protótipo, empregando chaves do tipo GaN, é desenvolvido para validar os resultados teóricos e as não idealidades enquanto operando abaixo da frequência de ressonância.

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