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Impact of Power Density Maximization on Efficiency of DC–DC Converter Systems

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标签: 开关电源

The demand for decreasing costs and volume leadsto a constantly increasing power density of industrial convertersystems. In order to improve the power density, further different aspects, like thermal management and electromagnetic effects,must be considered in conjunction with the electrical design. Therefore, a comprehensive optimization procedure based on analyticalmodels for minimizing volume of dc–dc converter systems has beendeveloped at the Power Electronic Systems Laboratory of the SwissFederal Institute of Technology (ETH Zurich). Based on this procedure, three converter topologies—a phase-shift converter withcurrent doubler and with capacitive output filter and a series–parallel resonant converter—are optimized with respect to powerdensity for a telecom supply (400 V/48 V). There, the characteristic of the power density, the efficiency, and the volume distributionbetween the components as functions of frequency are discussed.For the operating points with maximal power density, the lossdistribution is also presented. Furthermore, the sensitivity of theoptimum with respect to junction temperature, cooling, and corematerial is investigated. The highest power density is achieved bythe series–parallel resonant converter. For a 5-kW supply, a density of approximately 12 kW/L and a switching frequency of ca.130 kHz are obtained.

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