Controlled Cell Powered from a Current Loop with a Multi-channel Rectifier
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-6-11-20Keywords:
high-voltage power supply, multicell converter, controlled rectifier cell, current transformer, multichannel rectifierAbstract
The article discusses approaches to reducing the overall dimensions of a high-voltage multicell power supply with a current loop. Such sources are used to power various equipment, specifically, electron beam welding installations, X-ray equipment, radar stations, and physical research equipment. Multicellular converters involving the use of controlled rectifier cells are analyzed. One of possible approaches to reducing the overall dimensions is shifting from analog cell control systems to microcontroller-based control systems. However, this method is difficult to apply for converters with high requirements for response speed. To reduce the overall dimensions of a high-voltage source with a multicellular structure and series-connected cells at the output, it is necessary to increase the output voltage of each cell and reduce their total number. To implement such technical solution, it is necessary to modify the rectifier cell design so that its output voltage become increased significantly, and the cell retained the properties of a controlled rectifier capable of stabilizing the output voltage with high precision. At the same time, it is undesirable to increase the voltage switched by the rectifier's power semiconductor switches. In accordance with the requirements stated above, a new promising approach to increasing the cell output voltage through the use of a multichannel rectifier is proposed. The approach has been studied on models, as well as on a physical mockup. The application of the approach made it possible to reduce the number of cells in the converter and, as a result, make it significantly more compact, thereby confirming good prospects of the proposed approach.
References
1. Ahn S.-H., Gong J.-W., Ryoo H.-J., Jang S.-R. Low-ripple and High-precision High-voltage DC Power Supply for Pulsed Power Applications // IEEE Trans. Plasma Sci. 2014. V. 42(10). Pp. 3023—3033.
2. Kazakevich V.S., Morozov K.V., Petrov A.L., Popkov G.N. High-voltage Power Supply for Electron Gun // Приборы и техника эксперимента. 1994. Т. 37. № 5. С. 213—214.
3. Cunha J.P.V.S., Bellar M.D., Begalli M. High-voltage Power Supply with High Output Current and Low Power Consumption for Photomultiplier Tubes // IEEE Trans. Nuclear Sci. 2012. V. 59(2). Pp. 281—288.
4. Щербаков А.В. Современные принципы построения источников питания электронно-лучевых сварочных установок // Электротехника. 2012. № 4. С. 28—34.
5. Серегин Д.А. и др. Источник питания с передачей энергии трансформаторами тока // Электротехника. 2024. № 6. С. 34—42.
6. Розанов Ю.К., Воронин П.А., Рывкин С.Е., Чаплыгин Е.Е. Справочник по силовой электронике. М.: Издат. дом МЭИ, 2014.
7. Серегин Д.А., Воронин И.П., Павлова М.С., Мостовой Д.В., Громов В.Д. Исследование способов управления и анализ устойчивости выпрямительной ячейки, входящей в состав мощного высоковольтного источника питания // Практическая силовая электроника. 2024. № 1(93). С. 17—25.
8. Пат. № 105213 РФ. Трансформаторно-выпрямительный блок высоковольтного источника электропитания электронно-лучевой пушки / Беневольский Е.С. и др. // Бюл. изобрет. 2011. № 16.
9. Щербаков А.В., Гончаров А.Л., Драгунов В.К., Гладышев А.О. Разработка установки для электроннолучевой сварки малогабаритных изделий // Электротехника. 2013. № 6. С. 25—30.
10. Мелешин В.И., Овчинников Д.А. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии. М.: Техносфера, 2011.
11. Серегин Д.А. и др. Алгоритм двухконтурного цифрового управления инвертором с прогнозированием сигналов обратной связи // Практическая силовая электроника. 2024. № 4(96). С. 20—25.
12. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. М.: Издат. дом Додэка-XXI, 2001.
---
Для цитирования: Павлова М.С., Серегин Д.А. Управляемая ячейка с питанием от токовой петли и многоканальным выпрямителем // Вестник МЭИ. 2025. № 6. С. 11—20. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-11-20
Работа выполнена в рамках реализации стратегического технологического проекта «Оборудование, новые материалы и технологии для обеспечения технологического лидерства предприятий топливно-энергетического комплекса России» Программы развития НИУ «МЭИ» на 2025 — 2036 годы в рамках программы стратегического академического лидерства «ПРИОРИТЕТ-2030» (НИР № 4301250)
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Ahn S.-H., Gong J.-W., Ryoo H.-J., Jang S.-R. Low-ripple and High-precision High-voltage DC Power Supply for Pulsed Power Applications. IEEE Trans. Plasma Sci. 2014;42(10):3023—3033.
2. Kazakevich V.S., Morozov K.V., Petrov A.L., Popkov G.N. High-voltage Power Supply for Electron Gun. Pribory i Tekhnika Eksperimenta. 1994;37;5:213—214.
3. Cunha J.P.V.S., Bellar M.D., Begalli M. High-voltage Power Supply with High Output Current and Low Power Consumption for Photomultiplier Tubes. IEEE Trans. Nuclear Sci. 2012;59(2):281—288.
4. Shcherbakov A.V. Sovremennye Printsipy Postroeniya Istochnikov Pitaniya Elektronno-luchevykh Svarochnykh Ustanovok. Elektrotekhnika. 2012;4:28—34. (in Russian).
5. Seregin D.A. i dr. Istochnik Pitaniya s Peredachey Energii Transformatorami Toka. Elektrotekhnika. 2024;6:34—42. (in Russian).
6. Rozanov Yu.K., Voronin P.A., Ryvkin S.E., Chaplygin E.E. Spravochnik po Silovoy Elektronike. M.: Izdat. Dom MEI, 2014. (in Russian).
7. Seregin D.A., Voronin I.P., Pavlova M.S., Mostovoy D.V., Gromov V.D. Issledovanie Sposobov Upravleniya i Analiz Ustoychivosti Vypryamitel'noy Yacheyki, Vkhodyashchey v Sostav Moshchnogo Vysokovol'tnogo Istochnika Pitaniya. Prakticheskaya Silovaya Elektronika. 2024;1(93):17—25. (in Russian).
8. Pat. № 105213 RF. Transformatorno-vypryamitel'nyy Blok Vysokovol'tnogo Istochnika Elektropitaniya Elektronno-luchevoy Pushki. Benevol'skiy E.S. i dr. Byul. Izobret. 2011;16. (in Russian).
9. Shcherbakov A.V., Goncharov A.L., Dragunov V.K., Gladyshev A.O. Razrabotka Ustanovki dlya Elektronnoluchevoy Svarki Malogabaritnykh Izdeliy. Elektrotekhnika. 2013;6:25—30. (in Russian).
10. Meleshin V.I., Ovchinnikov D.A. Upravlenie Tranzistornymi Preobrazovatelyami Elektroenergii. M.: Tekhnosfera, 2011. (in Russian).
11. Seregin D.A. i dr. Algoritm Dvukhkonturnogo Tsifrovogo Upravleniya Invertorom s Prognozirovaniem Signalov Obratnoy Svyazi. Prakticheskaya Silovaya Elektronika. 2024;4(96):20—25. (in Russian).
12. Voronin P.A. Silovye Poluprovodnikovye Klyuchi: Semeystva, Kharakteristiki, Primenenie. M.: Izdat. Dom Dodeka-XXI, 2001. (in Russian)
---
For citation: Pavlova M.S., Seregin D.A. Controlled Cell Powered from a Current Loop with a Multi-channel Rectifier. Bulletin of MPEI. 2025;6:11—20. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-11-20
---
The Work was Carried Out as Part of the Implementation of the Strategic Technological Project «Equipment, New Materials, and Technologies for Ensuring the Technological Leadership of Russian Fuel and Energy Complex Enterprises» of the NRU «MPEI» Development Program for 2025 — 2036 as Part of the Strategic Academic Leadership Program «PRIORITY-2030» (Research Project No. 4301250)
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
