High Efficiency Converter for Satellite Power Amplifier Stage

Alemi Rostami, Mehdi; Aghaei, Morteza

High Efficiency Converter for Satellite Power Amplifier Stage

Document Type : Original Research Paper

Authors

mehdi alemi rostami ¹

Morteza Aghaei ²

¹ Aerospace Research Institute of Science, Research and Technology, Tehran, IRAN

² Department of Electrical and Electronic Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran

Abstract

In this paper, a high efficiency DC-DC converter for variable input voltage and high output voltage applications is presented. This converter is specially appropriate for driving travelling wave tube amplifier with a variable input source (i.e. solar panels). The proposed converter consists of a boost converter to remove the variations of its input voltage and regulate its output voltage. Afterwards, a full bridge inverter controls the phase angle between the output inverter voltage and the current. Keeping the value of this angle at zero, the switching losses are reduced. A series-parallel resonant circuit uses the parasitic elements of the transformer as its elements and makes switches work in soft switching conditions. This reduces the converter power losses and increases the efficiency. Simulation results show the behavior of the proposed converter.

Keywords

DC-DC converter

Resonant converter

High voltage applications

High efficiency

Full bridge inverter

20.1001.1.20084560.1397.11.1.4.0

Article Title Persian

منبع تغذیه با راندمان بالا برای طبقه تقویت‌کننده توان در فرستند‌ه‌های ماهواره

Authors Persian

مهدی عالمی رستمی ¹

مرتضی آقایی ²

¹ پژوهشگاه هوافضا وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران

² دانشکدة مهندسی برق و الکترونیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

Abstract Persian

در این مقاله یک مبدل DC-DC با راندمان بالا برای کاربردهای ولتاژ بالا که منبع ورودی در آنها غیر رگوله است ارائه شده است. این مبدل مخصوصاً برای راه‌اندازی تقویت کننده‌های لامپ خلأ زمانی که منبع ورودی آن متغیر است (مثلاً انرژی خورشیدی) مناسب است. مبدل پیشنهادی از یک طبقه مبدل Boost تشکیل شده است که هم از انتقال تغییرات ولتاژ ورودی به اینورتر جلوگیری می‌کند و هم ولتاژ خروجی مبدل را در یک مقدار مشخص تثبیت میکند. بعد از آن یک اینورتر تمام پل قرار دارد که با صفر نگه داشتن اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان خروجی اینورتر، تلفات کلیدزنی را کاهش می‌دهد. از یک طبقه رزونانسی سری- موازی بعد از اینورتر استفاده شده است تا علاوه بر تجمیع عناصر پراکندگی ترانسفورماتور در این طبقه، از مزیت مبدلهای رزونانسی برای کاهش تلفات کلیدزنی توسط کلیدزنی نرم و افزایش بازده استفاده شود. نتایج شبیهسازی نیز برای نشان دادن عملکرد مبدل پیشنهادی ارائه شده است

Keywords Persian

مبدل DC-DC

مبدل رزونانسی

کاربردهای ولتاژ بالا

بازده بالا

اینورتر تمام پل

C. Zhang, S. Du and Q. Chen, "A novel scheme suitable for high-voltage and large-capacity photovoltaic power stations," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 60, No. 9, pp. 3775-3783, 2013.

[2] S. N. Vukosavić, L. S. Perić and S. D. Sušić, "A novel power converter topology for electrostatic precipitators," IEEE Trans. Power Electron, Vol. 31, No. 1, pp. 152-164, 2016.

[3] Jiann-Fuh Chen; Ren-Yi Chen; Tsorng-Juu Liang, "Study and Implementation of a Single-Stage Current-Fed Boost PFC Converter With ZCS for High Voltage Applications," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 23, No. 1, pp. 379-386, 2008.

[4] Barbi, T. ; Gules, R., "Isolated DC-DC converters with high-output voltage for TWT A telecommunication satellite applications," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 18, No. 4, pp. 975-984, 2003.

[5] S. H. Ahn, H. J. Ryoo, J. W. Gong and S. R. Jang, "Low-ripple and high-precision high-voltage DC power supply for pulsed power applications," IEEE Trans. Plasma Sci., Vol. 42, No. 10, pp. 3023-3033, 2014.

[6] T. B. Soeiro, J. Mühlethaler, J. Linnér, P. Ranstad and J. W. Kolar, "Automated design of a high-power high-frequency LCC resonant converter for electrostatic precipitators," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 60, No. 11, pp. 4805-4819, 2013.

[7] N. Grass and W. Hartmann, "Application of different types of high voltage supplies on industrial ESP," IEEE Tran. Ind., Vol. 40, No. 6, p. 1513–1520, 2004.

[8] N. Shafiei, M. Pahlevaninezhad, H. Farzanehfard, A. Bakhshai and P. Jain, "Analysis of a fifth-order resonant converter for high-voltage DC power supplies," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 28, No. 1, pp. 85-100, 2013.

[9] G. Ivensky, A. Kats and S. Ben-Yaakov, “An RC load model of parallel and series-parallel resonant DC-DC converters with capacitive output filter,” IEEE Trans. Power Electron, Vol. 14, No. 3, pp. 515-521, 1999.

[10] M. Aghaei and S. Kaboli, “On the Effect of Disorder on Stray Capacitance of Transformer Winding in High-Voltage Power Supplies,” IEEE Trans. Ind. Electron.,Vol. 64, No. 5, pp. 3608-3618, 2017.