Uno de los campos más importantes de la Electrónica de Potencia es el de los convertidores de potencia conmutados, que debido a sus características de alto rendimiento energético, reducido tamaño, posibilidades de regulación del factor de potencia y de elevación de tensión, etc., están presentes en un gran número de las etapas de alimentación de los equipos electrónicos actuales.Las mejoras tecnológicas en ámbitos como el de la integración de circuitos han permitido importantes reducciones en el tamaño de los equipos (por ejemplo en los ordenadores). Sin embargo, este proceso de reducción de tamaño que, además, suele venir unido a unas especificaciones más rígidas en cuanto a costes, rendimiento, seguridad y prestaciones en general, no se ha producido en igual medida en las etapas de alimentación. El estudio de los convertidores conmutados es por lo tanto un campo necesitado de esfuerzos de investigación y desarrollo.Para potencias superiores a 25 W, y especialmente en potencias superiores a 150 W, una de las estrategias utilizadas para mejorar las prestaciones de los convertidores es el uso del denominado "interleaving" o entrelazado , definido como la puesta en paralelo de N convertidores idénticos desfasando sus señales de control de forma uniforme a lo largo del periodo de conmutación.Con el objetivo principal de reducir al máximo los rizados de la tensión de salida y de la corriente de entrada, en esta tesis se estudian casos particulares de "interleaving" en estructuras convertidoras continua-continua que utilizan el convertidor elevador ("boost") como célula básica y cuyas tensiones de salida son, idealmente y operando en modo de conducción continua, múltiplos enteros positivos de la tensión de entrada, de ahí la denominación de multiplicadores de tensión que aparece en el título de tesis propuesto. Posteriormente se analizan las posibilidades de regulación de tensión que presentan algunos de los casos de estudio, a costa de incrementar los rizados.

Thesis (Ph. D.)--Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, 2005. / Kucic, Matthew, Committee Member ; Hasler, Paul, Committee Chair ; Heck, Bonnie, Committee Member ; Cressler, John, Committee Member ; Anderson, David, Committee Member. Vita. Includes bibliographical references.

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This paper describes the design of DC/DC converters designed for charging supercapacitors and subsequent transformation of voltage to the desired value. In the text are presented decreasing and increasing switched-mode voltage converter including the calculation of the individual components and also the design of converter that combines both types. Using simulation software has been verified the function of each circuits, which can serves as a lower power backup supply.

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Recent trends in the energy sector have provided opportunities in the research of alternative energy sources and optimization of systems that harness these energy sources. With the rising cost of fossil fuel and rising concern about detrimental effects that fossil fuel consumption has on the environment, electric vehicles are becoming more prevalent. A study put out in 2009 gives a prediction that in the year 2025, 20% of new vehicles will be PHEVs.[1] As energy providers become more concerned about a growing population and diminishing energy source, they are looking into alternative energy sources such as wind and solar power. Much of this is done on a large scale with vast amounts of land used for solar or wind farms to provide energy to the grid. However, as population grows, requirements of the physical components of a power transmission system will become more demanding and the need for remote micro-grids will become more prevalent. Micro-grids are essentially smaller subsystems of a distribution system that provide power to a confined group of loads, or households. Using the idea of micro grid technology, a solar charging station can be used as a source to provide energy for the immediate surroundings, or also to electric vehicles that are demanding energy from the panels. Solar charging stations are becoming very popular, however the need for improvement and optimization of these systems is needed. This thesis will present a method for redesigning the overall architecture of the controls and power electronics of typical carports so that efficiency, reliability and modularity are achieved. Specifically, a typical carport, as seen commonly today, has been built on the University of Central Florida campus in Orlando. This iii carport was designed in such a way that shifting from conventional charging methods is made easy while preserving the fundamental requirements of a practical solar carport.

L’objectif de cette étude est d’améliorer les performances des transformateurs piézoélectriques en terme de courant de sortie et de puissance pour des applications d’alimentation DC/DC, grâce à la gestion de l’échauffement. Le courant de sortie des transformateurs piézoélectriques, et donc la puissance transmise, sont directement liés à la vitesse de vibration qui pour des valeurs élevées engendre des pertes et une forte élévation de température. Cette élévation excessive de la température a comme conséquence le changement des caractéristiques du transformateur et plus particulièrement la diminution du facteur de qualité Q. Ainsi cela entraine une limite structurelle de la puissance transmise du transformateur. Une solution pour augmenter le courant de sortie est l’utilisation d’un redresseur doubleur de courant, qui grâce à 2 inductances permet, à courant de charge donné, de diminuer la vitesse de vibration du transformateur, mais ne permet pas de régler le problème d’échauffement du transformateur. Dans cette thèse nous proposons des moyens d’évacuation de la chaleur ainsi que le choix de l’environnement dans lequel le transformateur devra fonctionner. L’influence de différents systèmes de refroidissement d’un convertisseur DC/DC à base transformateur piézoélectrique est étudiée. L’étude thermique du transformateur piézoélectrique multicouche polarisé en épaisseur et ayant des électrodes circulaires met en évidence un comportement non linéaire. Une plaque vibrante piézoélectrique est d’abord envisagée pour créer un flux d’air qui augmente l’évacuation de chaleur par convection, puis un module de refroidissement utilisant l’effet thermoélectrique. Les mesures montrent que la première solution est plus avantageuse car elle améliore sensiblement les performances du transformateur pour un coût énergétique très faible. Une étude thermique par éléments finis complète cette étude, montrant que l’approche par schéma électrique est pertinente. La puissance que peut délivrer le transformateur sur une charge optimale est encore augmentée. Enfin, ce travail montre qu’en combinant les dispositifs de refroidissement tout en respectant la condition de température inférieure à 55°C, le rendement du convertisseur reste raisonnable (70%) et la puissance disponible peut doubler dans le meilleur des cas. / The objective of this study was to increase the output current and power in a piezoelectric transformer (PT) based DC/DC converter by adding a cooling system. It is known that the output current of PT is limited by temperature build-up because of losses especially when driving at high vibration velocity. Excessive temperature rise will decrease the quality factor Q of piezoelectric component during the operational process. Simultaneously the vibration energy cannot be increased even if under higher excitation voltage. Although connecting different inductive circuits at the PT secondary terminal can increase the output current, the root cause of temperature build-up problem is not solved.This dissertation presents the heat transfer technology to deal with the temperature build-up problem. With the heat transfer technology, the threshold vibration velocity of PT can be increased and thus the output current and output power (almost three times).Furthermore, a comparison between heat transfer technology and current-doubler rectifier applied to the piezoelectric transformer based DC/DC converter was also studied. The advantages and disadvantages of the proposed technique were investigated. A theoretical-phenomenological model was developed to explain the relationship between the losses and the temperature rise. It will be shown that the vibration velocity as well as the heat generation increases the losses. In our design, the maximum output current capacity can increase 100% when the operating condition of PT temperature is kept below 55°C. The study comprises of a theoretical part and experimental proof-of-concept demonstration of the proposed design method.

Les téléphones et tablettes de dernière génération embarquent une puissance de calcul numérique très importante nécessitant une puissance électrique d’alimentation toute aussi significative. Afin de réduire la consommation énergétique des composants numériques complexes des terminaux mobiles, des techniques de modulation dynamique de la tension d’alimentation et de la fréquence de fonctionnement du cœur de calcul numérique sont utilisées. Le convertisseur DC/DC qui assure l’alimentation du cœur numérique doit donc faire face à de forts transitoires de charge, de tension de référence et de tension de source. Le contrôle en mode glissant d’un convertisseur DC/DC permet un bon compromis entre les performances transitoires du convertisseur, la réalisation via des composants analogiques et la puissance dissipée par le contrôleur. C’est pourquoi ce type de contrôle apparait être adapté au contrôle de convertisseurs DC/DC alimentant des cœurs numériques. Cette thèse a pour objet l’étude des alimentations sur carte électronique où le contrôleur et l’étage de puissance sont intégrés sur puce tandis que les composants de puissance passifs sont montés sur le circuit imprimé. Le contrôle en mode glissant à fréquence de découpage fixe d’un convertisseur DC/DC a été démontré avec des résultats significatifs. Cependant les performances transitoires d’un tel convertisseur sont amoindries en raison des délais introduits par une fréquence de découpage fixe. Une nouvelle structure de régulation de fréquence de découpage d’un convertisseur DC/DC contrôlé en mode glissant est proposée dans cette thèse. Cette structure régule la fréquence de découpage moyenne du convertisseur tout en maintenant la réponse transitoire du convertisseur asynchrone par rapport à l’horloge de référence. Une analyse de stabilité qui prend en compte les spécificités d’un tel système est aussi proposée. Le convertisseur a été conçu sur un procédé CMOS 130nm de STMicroelectronics. La fréquence de découpage est maintenue volontairement faible pour conserver un rendement élevé avec des composants passifs externes. Le prototype présente un rendement supérieur à 80% entre 2.4mW et 960mW de puissance de sortie. / Mobile applications necessitate nowadays huge digital-resources. Power management of a digital System-On-Chip (SOC) is based on dynamic voltage scaling. DC/DC converters used to supply the digital SoCs are facing stringent constraints with respect to load-transients, line-transients and reference tracking. Hysteretic control is known as the most convenient control scheme with a fair trade-off between transient performances, analog implementation and power consumption, particularly for one-phase architecture. The thesis focuses on-board DC/DC with a significant constraint on footprint (i.e. on components count and values). Fixed switching-frequency hysteretic control has been experimented with significant results. Transient performances are reduced due to latency introduced in the switching frequency control. The present study focuses on the improvement of the concept as well as its implementation and the analysis of stability. A new analog implementation of the sliding-mode control is presented with switching-frequency control using a particular analog phase-locked-loop but preserve transient performances. The DC/DC converter is implemented in CMOS 130nm by STMicroelectronics. The switching frequency range has been voluntarily limited and excludes the possible integration of passive components for the sake of silicon access. A hybrid demonstrator is presented with efficiency higher than 80\% between 2.4 mW and 960 mW output power.

The objective of the research is to develop a cost-effective high-power bi-directional dc/dc converter with low total-device ratings, reduced system parasitic effects, and a wide input/output range. Additional objectives of the research are to develop a small-signal model and control methods, and to present performance characterizations. Device stresses in the proposed topology are controlled to maintain minimal levels by varying the duty ratio and phase-shift angle between the primary and the secondary bridges, which results in a low total-device rating, when compared to conventional bi-directional dc/dc topologies. In the proposed topology, soft switching, which reduces power loss, can be realized under specific operating conditions. When the condition that causes minimal device stress is satisfied, zero-voltage switching (ZVS) can be obtained. In the research, ZVS capability is explored for a wide range of voltage conditions as well as for the minimal device-stress condition. The performance characterization includes verifying the soft-switching regions and power-loss estimation. Another part of the thesis is the controller design of the converter. Small-signal models and feedback controllers are developed, and the controllers are experimentally validated. Because in the isolated high-frequency converters, transformer saturation is an important issue, a method to prevent transformer saturation is proposed and experimentally validated.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2005. / Title from first page of PDF file. Document formatted into pages; contains xvi, 209 p.; also includes graphics. Includes bibliographical references (p. 202-209). Available online via OhioLINK's ETD Center