Given their structural arrangement, photovoltaic (PV) modules exhibit parasitic capacitance, which creates a path for high-frequency current during zero-state switching of the converter in transformerless systems. This current has to be limited to ensure safety and electromagnetic compatibility. Many solutions that can minimize or completely avoid this phenomenon, are available. However, most of these solutions are patented because they rely on specific and often complex converter topologies. This study aims to solve this problem by introducing a solution based on a classic converter topology with an appropriate modulation technique and passive filtering. A 5.5 kW single-phase residential PV system that consists of DC-DC boost stage and DC-AC H-bridge converter is considered. Control schemes for both converter stages are presented. An overview of existing modulation techniques for H-bridge converter is provided, and a modification of hybrid modulation is proposed. A system prototype is built for the experimental verification. As shown in the study, with simple filtering and proper selection of switching states, achieving low leakage current level is possible while maintaining high converter efficiency and required energy quality.
본 논문은 무손실 스너버를 갖는 부스트-플라이백 역률보상 컨버터 기반의 단일 스위치 AC-DC LED(Light Emitting Diode) 드라이버를 제안한다. 제안된 LED 드라이버는 높은 역률을 얻기 위한 부스트 역률 개선 회로와 전기적 절연을 위한 무손실 스너버를 갖는 DC-DC 플라이백 모듈로 구성된다. 무손실 스너버에 의해 스위치의 서지 전압 스트레스는 감소하며 누설 인덕터의 에너지가 DC 링크 커패시터에 저장되어 재사용된다. 또한 낮은 정격 전압의 DC 링크 커패시터를 사용할 수 있다. 제안된 컨버터는 이론적 해석과 100[W]급 하드웨어 시작품을 제작하여 검증하였다.
화석 연료의 고갈과 유가 급등으로 인해 자동차 업체에서는 친환경 차량 개발에 힘쓰고 있다. FCEV는 차량 구동용 전동기에 필요한 에너지를 연료전지를 통해 공급받게 된다. 하지만 연료전지의 특성상 연료전지와 배터리를 같이 사용하게 된다. 본 논문에서는 일반적인 Half-bridge 타입의 양방향 컨버터에 스위치를 추가하여 양방향 buck, boost가 가능한 컨버터를 설계하였다. 전동기 구동용 인버터는 전압형 인버터가 사용되는데 전압형 인버터에서 발생하는 출력은 데드타임과 스위칭 소자의 전압 강하에 의해 왜곡된 전압과 전류를 출력하게 되고 이러한 출력은 토크와 속도에 나쁜 영향을 끼치게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 전동기의 속도에 따라 DC-link 전압을 가변하여 공급한다.
본 논문에서는 고효율 및 비용 절감을 위한 컴프레서용 유도 전동기기반 DC/DC 컨버터 판단 알고리즘을 제안한다. 소형 커패시터를 사용한 인버터 시스템은 넓은 다이오드 전도 시간을 나타내며 불충분한 DC-Link 전압으로 발생하는 효율 감소를 해결하기 위하여 전력변환시스템의 판단 기법을 제안하고, 이에 대한 유효성을 시뮬레이션 해석을 통해 검증한다.
A study on an integrated single stage AC/DC converter is presented in this paper. The input current can be controlled by the auxiliary winding($L_{aux}$), auxiliary primary winding($N_3$), and the boost inductor($L_B$) which are designed to operate in discontinuous conduction mode(DCM) to reduced the total harmonic distortion(THD) of input current. The auxiliary primary winding($N_3$) is critically selected in order to compress the input capacitor voltage($V_{in}$) as well as to reduce the current stress of the switch(Q). Low total harmonic distortion(THD), low input voltage($V_{in}$) in universal input voltage($V_{AC}$), low current stress at the switching device and high efficiency are the main consideration keys in this design to achieve high performance system with low cost of single stage AC/DC converter. A 30W single stage AC/DC prototype converter is under study.
Proceedings of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers Conference
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2008.10a
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pp.183-187
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2008
This paper describes a power control scheme to improve the performance of a fuel cell battery hybrid power source for residential application. The proposed power control scheme includes a power control strategy to control the power flow of the fuel cell hybrid power system and a digital control technique for a front-end dc-dc converter of the fuel cell. The power control strategy enables the fuel cell to operate within the high efficiency region defined by the polarization curve and efficiency curve of the fuel cell. A dual boost converter with digital control is applied as a front-end dc-dc converter to control the fuel cell output power. The digital control technique of the converter employs a moving-average digital filter into its voltage feedback loop to cancel the low frequency harmonic current drawn from the fuel cell and then limits the fuel cell output current to a current limit using a predictive current limiter to keep the fuel cell operation within the high efficiency region as well as to minimize the fuel cell oxygen starvation.
본 논문은 단일 디지털 제어기를 이용하여 독립형 태양광 발진 시스템에 사용되는 태양전지에서 발생한 전력을 수집하고 필요에 따라 에너지 저장 장치에 전력을 저장하는 Boost 컨버터가 최대전력점에서 동작하도록 제어하면서, 이 전압을 부하에 필요한 전압 값으로 변환하는 Buck 컨버터를 동시에 제어하는 방법을 제안한다. 제안된 독립형 태양광 발전 시스템의 구성은 에너지를 발생하는 태양전지, 최대전력 점을 추종(MPPT)하도록 하는 Boost 컨버터, 부하에 적합한 준위의 전압을 공급하는 Buck 컨버터가 직렬로 연결되어 있다. 제안된 방법은 디지털 제어기의 제어변수 값들을 바꿈으로써 전체시스템의 출력특성을 쉽게 제어할 수 있어, 사용되는 태양전지 어레이의 종류와 환경조건 변화에 따라 쉽게 제어변수 값들을 조정할 수 있다. 또한 하나의 디지털 제어기로 최대전력점 제어부 및 Buck과 Boost 컨버터의 피드백 제어부를 구성하여 시스템의 구조가 간단해지기 때문에 소형 및 경량화를 이룰 수 있다.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.21
no.4
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pp.335-342
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2016
This paper proposes an energy storage-assisted, series-connected module-integrated power conversion system that integrates a photovoltaic power conditioner and a charge balancing circuit. In conventional methods, a photovoltaic power conditioner and a cell-balancing circuit are needed for photovoltaic systems with energy storage devices, but they cause a complex configuration and high cost. Moreover, an imbalanced output voltage of the module-integrated converter for PV panels can be a result of partial shading. Partial shading can lead to the fault condition of the boost converter in shaded modules and high voltage stresses on the devices in other modules. To overcome these problems, a bidirectional buck-boost converter with an integrated magnetic device operating for a charge-balancing circuit is proposed. The proposed circuit has multiple secondary rectifiers with inductors sharing a single magnetic core, which works as an inductor for the main bidirectional charger/discharger of the energy storage. The secondary rectifiers operate as a cell-balancing circuit for both energy storage and the series-connected multiple outputs of the module-integrated converter. The operating principle of the cell-balancing power conversion circuit and the power stage design are presented and validated by PSIM simulation for analysis. A hardware prototype with equivalent photovoltaic modules is implemented for verification. The results verify that the modularized photovoltaic power conversion system in the output series with an energy storage successfully works with the proposed low-cost bidirectional buck-boost converter comprising a single magnetic device.
A hybrid electric vehicle (HEV) powertrain has more than one energy source including a high-voltage electric battery. However, for a high voltage electric battery, the average current is relatively low for a given power level. Introduced to increase the voltage of a HEV battery, a compact, high-efficiency boost converter, sometimes called a step-up converter, is a dc-dc converter with an output voltage greater than its input voltage. The inductor occupies more than 30% of the total converter volume making it difficult to get high power density. The inductor should have the characteristics of good thermal stability, low weight, low losses and low EMI. In this paper, Mega Flux® was selected as the core material among potential core candidates. Different structured inductors with Mega Flux® were fabricated to compare the performance between the conventional air cooled and proposed potting structure. The proposed inductor has reduced the weight by 75% from 8.8kg to 2.18kg and the power density was increased from 15.6W/cc to 56.4W/cc compared with conventional inductor. To optimize the performance of proposed inductor, the potting materials with various thermal conductivities were investigated. Silicone with alumina was chosen as potting materials due to the high thermo-stable properties. The proposed inductors used potting material with thermal conductivities of 0.7W/m·K, 1.0W/m·K and 1.6W/m·K to analyze the thermal performance. Simulations of the proposed inductor were fulfilled in terms of magnetic flux saturation, leakage flux and temperature rise. The temperature rise and power efficiency were measured with the 40kW boost converter. Experimental results show that the proposed inductor reached the temperature saturation of 107℃ in 20 minutes. On the other hand, the temperature of conventional inductor rose by 138℃ without saturation. And the effect of thermal conductivity was verified as the highest thermal conductivity of potting materials leads to the lowest temperature saturations.
The Low Voltage DC-DC converters (LDCs) of the Electric Vehicles require high power density and high efficiency operation over the wide range of load and input voltage variations. This paper introduces a novel topology which combines three 1 MHz Half-Bridge (HB) LLC resonant converters and an Inverting Buck-Boost (IBB) converter to adjust the output voltage without frequency modulation. The switching frequency of the proposed converter is fixed at 1MHz to achieve a constant frequency operation for the resonant converter. In the proposed topology GaN FETs and planar transformers are employed to optimize the converter operation at high frequency. A 1 MHz/1.8 kW prototype converter is built to verify the feasibility and the validity of the proposed LDC topology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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