Design of high efficiency isolated DC-DC converter topologies

The main aim of this thesis is to design and analyze a highly efficient isolated DC-DC converter for three different power levels. Four types of Isolated converter topologies have been studied, and simulations have been carried out. Isolated topologies are becoming popular in SMPS (switch mode power supply) as they operate at very high switching frequencies from the kHz-MHz range which helps to reduce the size of the High-frequency transformer and provide electrical isolation from source to load. The selected topologies are push-pull, full-bridge, dual-active-bridge, and LLC (Inductor, inductor, and capacitor) resonant converter. Losses concerning the push-pull and full-bridge are mainly due to hard switching at turn-on and turn-off of the converter. Whereas Dual active bridge and LLC resonant converter have soft-switching capabilities and turn-on, which significantly reduce the switching losses and improve the efficiency Converter losses and efficiency is important aspect to look at while choosing a converter for a particular application. A comparison of losses and efficiency for the converter has been presented along with the simulation results.

Lo scopo principale di questa tesi è progettare e analizzare un convertitore DC-DC isolato ad alta efficienza per tre diversi livelli di potenza. Sono stati studiati quattro tipi di topologie di convertitori isolati e sono state effettuate simulazioni. Le topologie isolate stanno diventando popolari negli SMPS (alimentatore switching) poiché operano a frequenze di commutazione molto elevate nell'intervallo kHz-MHz, il che aiuta a ridurre le dimensioni del trasformatore ad alta frequenza e fornisce isolamento elettrico dalla sorgente al carico. Le topologie selezionate sono push-pull, full-bridge, dual-active-bridge e convertitore risonante LLC (induttore, induttore e condensatore). Le perdite relative al push-pull e al full-bridge sono dovute principalmente alla commutazione hard all'accensione e allo spegnimento del convertitore. Considerando che il doppio ponte attivo e il convertitore risonante LLC hanno capacità di commutazione graduale e accensione, che riducono significativamente le perdite di commutazione e migliorano l'efficienza Le perdite e l'efficienza del convertitore sono aspetti importanti da considerare quando si sceglie un convertitore per una particolare applicazione. Insieme ai risultati della simulazione è stato presentato un confronto delle perdite e dell'efficienza del convertitore.