Capacitive-Based Isolated 1:1 Resonant Switched Capacitor DC–DC Converter

电容器 电气工程 变压器 电容感应 开关电容器 功率密度 电子工程 工程类 功率(物理) 电压 物理 量子力学
作者
Catalin Muntean,Miguel Astudillo,Diego Serrano,Miroslav Vasić
出处
期刊:IEEE Transactions on Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:38 (11): 13507-13520 被引量:12
标识
DOI:10.1109/tpel.2023.3308910
摘要

Isolation is required in many power electronics applications, such as data center power supplies, telecom supplies, electrical vehicle on board chargers, or dc microgrids. The isolation is provided using the inductive power transfer concept, implemented using the magnetic transformer. The magnetic elements add significantly to the total volume, weight, and losses of the system, decreasing its power density. Energy processing through capacitors increases the efficiency and power density by leveraging the higher energy density of capacitors. In order to decrease the system weight and loss, this article presents a novel dc–dc capacitive-based isolated, resonant switched capacitor, highly efficient, fixed gain (DCx) converter as a replacement for the transformer as the isolation element. Converter switches and resonant capacitor have the dual role of delivering the differential mode energy while providing CM isolation. The proposed converter modulation makes it inherently suitable for interleaved operation in multicell architectures, e.g., input series, output parallel, because no additional CM circulating current is generated between cells. A 100 V, 200 W GaN-based hardware prototype is built to validate the proposed resonant switched-capacitor converter, reaching an efficiency of 97.5% at full load and 98.9% at light load with a gain variation of 2.9% at full load.

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