ارائه یک مبدل توان پالسی سوئیچ-خازنی جدید با استفاده از منبع ولتاژ پایین با قابلیت افزایش سریع دامنه ولتاژ
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوتر
سوگند نیکخواه
1
(دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه علوم و فنون مازندران)
محمد رضانژاد
2
(دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه مازندران)
رضا خسروی
3
(دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه علوم و فنون مازندران)
کلید واژه: توان پالسی, کلیدهای نیمه‌هادی قدرت, مبدل‌های سوئیچ خازنی,
چکیده مقاله :
در این مقاله، ساختار جدیدی جهت تولید پالس ولتاژ بالا با استفاده از منبع ورودی ولتاژ پایین (مانند باتری) پیشنهاد شده است. مبدل ارائه‌شده، قابلیت بالایی در افزایش بسیار سریع دامنه ولتاژ ورودی دارد، به طوری که با تعداد المان‌ها و طبقات کمی به دامنه ولتاژ بالا در خروجی دست می‌یابد. این ساختار که کاربرد زیادی در منابع تغذیه پرتابل مورد استفاده در صنایع مختلف همچون پزشکی دارد، بر اساس مدارات سوئیچ- خازنی بوده و دارای خاصیت خودمتعادلی می‌باشد (ولتاژ خازن‌ها به طور اتوماتیک به مقدار مورد نظر می‌رسد). مقایسه مبدل مورد نظر با مدارهای دیگر نشان از کاهش تعداد المان‌های مورد استفاده در ساختار پیشنهادی دارد. در نهایت جهت اطمینان از صحت عملکرد مبدل پیشنهادی، یک نمونه از مدار در آزمایشگاه، ساخته شده و مورد ارزیابی قرار گرفته است.
In this paper a new topology of pulsed-power converter to generate high-voltage pulses by low-input source is proposed. The proposed high step-up converter can generate high output voltage with few number of elements and stages. This converter which is based on switch-capacitor structure is self-balanced and can be used in portable pulsed power supply. To show the validity of the proposed converter operation, a prototype of the proposed topology in the laboratory was constructed. The results show proper operation of the converter.
[1] J. R. Beveridge, S. J. MacGregor, J. G. Anderson, and R. A. Fouracre, "The influence of pulse duration on the inactivation of bacteria using monopolar and bipolar profile pulsed electric fields," IEEE Trans. on Plasma Sci., vol. 33, no. 4, pp. 1287-1293, Aug. 2005.
[2] M. P. J. Gaudreau, T. Hawkey, J. Petry, and M. Kempkes, "Pulsed power systems for food and wastewater processing," in Proc. 23rd Int. Power Modulator Symp., 4 pp., Rancho Mirage, CA, USA, Jun. 1998.
[3] S. Bae, A. Kwasinski, M. M. Flynn, and R. E. Hebner, "High-power pulse generator with flexible output pattern," IEEE Trans. on Power Elect., vol. 25, no. 7, pp. 1675-1684, Jul. 2010.
[4] S. Zabihi, F. Zare, G. Ledwich, A. Ghosh, and H. Akiyama, "A new pulsed power supply topology based on positive buck-boost converters concept," IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 17, no. 6, pp. 1901-1911, Dec. 2010.
[5] P. Davari, F. Zare, A. Ghosh, and H. Akiyama, "High-voltage modular power supply using parallel and series configurations of flyback converter for pulsed power applications," IEEE Trans. on Plasma Science, vol. 40, no. 10, pp. 2578-2587, Oct. 2012.
[6] J. S. Won, et al., "Characteristics of the forward type high voltage pulse power supply for lamp type ozonizer," in Proc. Power Conversion Conf., vol.1, pp. 100-103, Osaka, Japan, 2-5 Apr. 2002.
[7] Y. Wu, K. Liu, J. Qiu, X. X. Liu, and H. Xiao, "Repetitive and high voltage marx generator using solid-state devices," IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 14, no. 4, pp. 937-940, Aug. 2007.
[8] T. Heeren, et al., "Novel dual marx generator for micro plasma applications," IEEE Trans. on Plasma Science, vol. 33, no. 4, pp. 1205-1209, Aug. 2005.
[9] D. Wang, J. Qiu, and K. Liu, "All-solid-state repetitive pulsed-power generator using IGBT and magnetic compression switches," IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 38, no. 10, pp. 2633-2638, Oct. 2010.
[10] H. Canacsinha, L. M. Redondo, and J. F. Silva, "New solid-state marx technology for bipolar repetitive high-voltage pulses," in Proc. IEEE Power Electronics Specialists Conf., pp. 791-795, Rhodes, Greece, 15-19 Jun. 2008.
[11] A. Alijani, J. Adabi, and M. Rezanejad, "A bipolar high-voltage pulsed-power supply based on capacitor-switch voltage multiplier," IEEE Trans. on Plasma Sci., vol. 44, no. 11, pp. 1820-1824, Nov. 2016.
[12] M. Rezanejad, A. Sheikholeslami, and J. Adabi, "High-voltage modular switched capacitor pulsed power generator," IEEE Trans. on Plasma Science, vol. 42, no. 5, pp. 1373-1379, May 2014.
[13] M. Ramezani, M. Rezanejad, and A. Sheikholeslami, "A new modular bipolar high-voltage pulse generator," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 64, no. 2, pp. 1195-1203, Feb. 2017.
[14] R. Khosravi and M. Rezanejad, "A new pulse generator with high voltage gain and reduced components," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 66, no. 4, pp. 2795-2802, Apr. 2019.