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Design of a High-Voltage Low-Ripple Converter With High-Frequency Dickson Multipliers
IEEE Transactions on Industrial Electronics ( IF 7.5 ) Pub Date : 7-11-2024 , DOI: 10.1109/tie.2024.3413812 Zhechi Ye 1 , Kawin Surakitbovorn 1 , Calvin H. Lin 1 , Juan Rivas-Davila 1
IEEE Transactions on Industrial Electronics ( IF 7.5 ) Pub Date : 7-11-2024 , DOI: 10.1109/tie.2024.3413812 Zhechi Ye 1 , Kawin Surakitbovorn 1 , Calvin H. Lin 1 , Juan Rivas-Davila 1
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High-voltage, low-ripple dc-dc converters are essential in various industrial and scientific applications. Increased switching frequency helps improve converter power density but challenges circuit design. In this article, we propose a design method based on a detailed model of Dickson voltage multipliers to account for non-idealities in high-frequency multiplier circuitry. We present the design of a high-frequency 80 W, 48-V-to-7-kV dc-dc power converter with less than 10 Vpp voltage ripple. The circuit utilizes GaN-based high-frequency inverters, multiport air-core planar printed circuit board (PCB) transformers, Dickson voltage multipliers, and ripple cancellation. The PCB transformers are constructed with shielding layers to mitigate noise-induced voltage ripple. The implemented prototype can maintain a 0.1% ripple ratio while achieving 86% peak efficiency.
中文翻译:
具有高频 Dickson 乘法器的高压低纹波转换器的设计
高电压、低纹波 DC-DC 转换器在各种工业和科学应用中至关重要。提高开关频率有助于提高转换器功率密度,但对电路设计提出了挑战。在本文中,我们提出了一种基于 Dickson 电压乘法器详细模型的设计方法,以解决高频乘法器电路中的非理想情况。我们展示了一种电压纹波小于 10 Vpp 的高频 80 W、48V 至 7kV DC-DC 电源转换器的设计。该电路采用基于 GaN 的高频逆变器、多端口空芯平面印刷电路板 (PCB) 变压器、Dickson 电压倍增器和纹波消除器。 PCB 变压器采用屏蔽层构建,以减轻噪声引起的电压纹波。所实现的原型可以保持 0.1% 的纹波比,同时实现 86% 的峰值效率。
更新日期:2024-08-22
中文翻译:
具有高频 Dickson 乘法器的高压低纹波转换器的设计
高电压、低纹波 DC-DC 转换器在各种工业和科学应用中至关重要。提高开关频率有助于提高转换器功率密度,但对电路设计提出了挑战。在本文中,我们提出了一种基于 Dickson 电压乘法器详细模型的设计方法,以解决高频乘法器电路中的非理想情况。我们展示了一种电压纹波小于 10 Vpp 的高频 80 W、48V 至 7kV DC-DC 电源转换器的设计。该电路采用基于 GaN 的高频逆变器、多端口空芯平面印刷电路板 (PCB) 变压器、Dickson 电压倍增器和纹波消除器。 PCB 变压器采用屏蔽层构建,以减轻噪声引起的电压纹波。所实现的原型可以保持 0.1% 的纹波比,同时实现 86% 的峰值效率。