مكثفات الرنين الكهربائية لتحقيق التحويل المرتفع

اقرأ في هذا المقال


هناك مجموعة من محولات الرنين بتبديل المكثف (SC) مع مراحل تشغيل متعددة، بحيث تسمى غالباً بمحولات (SC) متعدد الرنين.

أهمية مكثفات الرنين الكهربائية لتحقيق التحويل المرتفع

في الآونة الأخيرة، أظهرت محولات مكثف بتبديل الرنين (SC) أداءً ممتازاً كمحولات تيار مستمر ذات نسبة ثابتة، وبالمقارنة مع محولات (SC) التقليدية؛ فإنه يمكن أن يساعد مغو (محاثات) الرنين الزائدة في التخلص من فقدان مشاركة شحنة المكثف وتحسين الكفاءة وكثافة الطاقة بشكل كبير، وهي أحد التطبيقات المحتملة هو بنية توصيل الطاقة ذات المرحلتين من (48) فولت إلى الفولتية في نقطة التحميل على رفوف الخادم في مراكز البيانات الحديثة.

وعلى عكس محولات ناقل (48) إلى (12) فولت المصممة للموزعات القديمة (12) فولت؛ تشير الأبحاث الحديثة إلى أن جهد ناقل متوسط أقل (على سبيل المثال (6) فولت) قد يوفر كفاءة إجمالية أعلى بمجرد أن يتم النظر في محول ناقلات الوسيطة ومحولات عاكسة من المرحلة الثانية.

لذلك هناك اهتمام متزايد بتحويل نسبة ثابتة عالية الكفاءة بنسب (8:1) وما بعدها، ولمثل هذه نسبة التحويل العالية؛ فإنه عادة ما تكون هناك حاجة إلى محول، لذبك يوضح محول (LLC) ذو النسبة الثابتة (48) إلى (6) فولت من (GaN)، وذلك بكفاءة ذروة تبلغ (98٪) وكثافة طاقة (1100) واط / بوصة مكعبة، والذي يستخدم محول مصفوفة محسّن للغاية (8:1).

وفي المقابل تركز غالبية أعمال (SC-ReSC) الرنانة للتيار على نسبة (4:1)، ولم يتم إثبات أعمال (ReSC) عالية الأداء مع نسب تحويل أعلى على نطاق واسع، وذلك لأن رقم المكون كالمفاتيح والمكثفات يزيد بشكل متناسب فيما يتعلق بنسبة التحويل، كما ويمكن أن يؤدي تعقيد تنفيذ الدائرة المتزايد إلى تقليل فوائد الأداء النظري ويؤدي إلى مخاوف تتعلق بالتكلفة والموثوقية.

أيضاً تحافظ محولات (SC) متعددة الرنين والمقدمة على الهياكل الأساسية لمحولات (SC) التقليدية، على سبيل المثال (Doubler ،Series-Parallel)، كما ويمكن تشغيلها بفاعلية كسلسلة من محولات (SC)، وبالتالي تحقيق نسبة تحويل أعلى من محولات مرحلتين محول (SC) مع نفس عدد المكونات.

المصدر: Z. Ye, R. A. Abramson and R. C. N. Pilawa-Podgurski, "A 48-to-6 v multi-resonant-doubler switched-capacitor converter for data center applications", Proc. IEEE Appl. Power Electron. Conf. Expo., pp. 475-481, 2020.R. A. Abramson, Z. Ye and R. C. N. Pilawa-Podgurski, "A high performance 48-to-8 v multi-resonant switched-capacitor converter for data center applications", Proc. 22nd Eur. Conf. Power Electron. Appl., pp. 1-10, 2020.Y. P. B. Yeung, K. W. E. Cheng, S. L. Ho, K. K. Law and D. Sutanto, "Unified analysis of switched-capacitor resonant converters", IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 51, no. 4, pp. 864-873, Aug. 2004.D. Cao, S. Jiang and F. Z. Peng, "Optimal design of a multilevel modular capacitor-clamped DC–DC converter", IEEE Trans. Power Electron., vol. 28, no. 8, pp. 3816-3826, Aug. 2013.


شارك المقالة: