Recently, many nations have released standard such as IEC 1000-3-2 and IEEE 519 which impose a limit on the harmonic current drawn by equipment connected to AC line in order to prevent the distortion of an AC line. Among the wide variety of active methods for improving power factor and harmonic distortion, the boost converter is very effective because it has a continuous line current , small choke filter and high power factor. In high power application, however, the bridge diode loss in the boost converter has made the efficiency lower and the temperature of the board higher. A new approach without bridge diode to make the same characteristics of the conventional boost converter has also been developed. This paper present the comparisons between the continuous current mode(CCM) operated conventional boost converter and the boundary current mode(BCM) operated the bridgeless boost converter for high efficiency and high power factor.
An improved bridgeless interleaved boost power factor correction (PFC) rectifier to improve power efficiency and component utilization is proposed in this study. With combined conventional bridgeless PFC circuit and interleaved technology, the proposed rectifier consists of two interleaved and magnetic inter-coupling boost bridgeless converter cells. Each cell operates alternatively in the critical conduction mode, which can achieve the soft-switching characteristics of the switches and increase power capacity. Auxiliary blocking diodes are employed to eliminate undesired circulating loops and reduce current-sensing noise, which are among the serious drawbacks of a dual-boost PFC rectifier. Magnetic component utilization is improved by symmetrically coupling two inductors on a unique core, which can achieve independence from each other based on the auxiliary diodes. Through the interleaved approach, each switch can operate in the whole line cycle. A simple control scheme is employed in the circuit by using a conventional interleaved controller. The operation principle and theoretical analysis of the converter are presented. A 600 W experimental prototype is built to verify the theoretical analysis and feasibility of the proposed rectifier. System efficiency reaches 97.3% with low total harmonic distortion at full load.
일반적인 boost PFC 컨버터는 한 개의 스위칭 소자를 사용하고 구조가 간단하지만 높은 도통손실과 스위칭 손실 때문에 낮은 효율을 갖는다. bridgeless boost PFC 컨버터는 일반적인 boost PFC 에 비해 낮은 손실을 갖는 이점이 있다. 또한 컨버터의 동작 모드 중 CRM 방식은 낮은 스위칭 손실을 갖는 이 점이 있다. 본 논문에서는 이러한 CRM 모드로 동작하는 bridgeless boost PFC 컨버터를 해석하는 경우 기존의 방법으로 해석하여 구현하면 주파수가 커지는 영역에서 오차가 커지게 된다. 따라서 본 논문에서는 반도체 스위치의 기생 커패시터를 추가하여 해석하는 것을 제안하였다.
Critical conduction mode (CRM) operation is more efficient than continuous conduction mode (CCM) operation at low power levels because of the valley switching of switches and elimination of the reverse recovery losses of boost diodes. When using a sensorless digital control method, an error occurs between the actual and the estimated current. Because of the error, it operates as CCM or discontinuous conduction mode (DCM) during CRM operation and also has an adverse effect on THD of input current. In this paper, a current sensorless technique is presented in an inverter system using a bridgeless boosted power factor correction converter, and a compensation method is proposed to reduce CRM calculation error. The validity of the proposed method is verified by simulation and experiment.
The superiority of gallium nitride FET (GaN FET) over silicon MOSFET is examined in this paper. One of the outstanding features of GaN FET is low reverse-recovery charge, which enables continuous conduction mode operation of totem-pole bridgeless boost power factor correction (PFC) circuit. Among many bridgeless topologies, totem-pole bridgeless shows high efficiency and low conducted electromagnetic interference performance, with low cost and simple control scheme. The operation principle, control scheme, and circuit implementation of the proposed topology are provided. The converter is driven in two-module interleaved topology to operate at a power level of 5.5 kW, whereas phase-shedding control is adopted for light load efficiency improvement. Negative bias circuit is used in gate drivers to avoid the shoot-through induced by high speed switching. The superiority of GaN FET is verified by constructing a 5.5 kW prototype of two-module interleaved totem-pole bridgeless boost PFC converter. The experiment results show the highest efficiency of 98.7% at 1.6 kW load and an efficiency of 97.7% at the rated load.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제40권3호
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pp.223-227
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2016
다이오드를 이용한 정류기는 산업현장에서 널리 응용되고 있다. 그러나 입력전류에 많은 저차고조파가 포함되어 공급전압을 왜곡시켜 전력의 품질을 저하시키므로 이를 완화시킬 수 있는 적절한 설비가 필요하다. 또한 고조파 전류는 전력계통의 전압 왜곡, 가열 및 소음 등을 유발하여 효율을 떨어뜨린다. 고조파를 감소시키고 역률을 상승시키기 위하여 입력전류가 연속적이 되도록 하는 부스트 컨버터가 등장하였다. 본 논문에서는 입력전류에 포함된 고조파 전류를 감소시키고, 역률을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라 전체 정류기 효율을 상승시키는 부스트 컨버터를 제안하였다. 이는 기존의 부스트 컨버터에 비해 전류가 통과하는 반도체의 개수가 감소하여 효율의 상승을 기대할 수 있다. 또한, 소프트웨어 PSIM을 활용하여 제안된 변환기의 유효성을 입증하였다.
In this paper a new zero voltage transition PWM bridgeless PFC is introduced. The auxiliary circuit provides soft switching condition for all semiconductor devices. Also, in the resonant path of the auxiliary circuit, only two semiconductor devices exist. Therefore the resonant conduction losses are low. Furthermore, the auxiliary circuit semiconductor elements consist of only one diode and one switch. The proposed auxiliary circuit is applied to a bridgeless PFC converter to further reduce conduction and switching losses. In this paper, the operating modes of this converter are explained and the resulting ideal and simulation waveforms are shown. The presented experimental results justify the theoretical analysis.
Khan, Shakil Ahamed;Rahim, Nasrudin Abd.;Bakar, Ab Halim Abu;Kwang, Tan Chia
Journal of Power Electronics
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제15권2호
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pp.356-365
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2015
This paper presents a new single phase front-end ac-dc bridgeless power factor correction (PFC) rectifier topology. The proposed converter achieves a high efficiency over a wide range of input and output voltages, a high power factor, low line current harmonics and both step up and step down voltage conversions. This topology is based on a non-inverting buck-boost (Zeta) converter. In this approach, the input diode bridge is removed and a maximum of one diode conducts in a complete switching period. This reduces the conduction losses and the thermal stresses on the switches when compare to existing PFC topologies. Inherent power factor correction is achieved by operating the converter in the discontinuous conduction mode (DCM) which leads to a simplified control circuit. The characteristics of the proposed design, principles of operation, steady state operation analysis, and control structure are described in this paper. An experimental prototype has been built to demonstrate the feasibility of the new converter. Simulation and experimental results are provided to verify the improved power quality at the AC mains and the lower conduction losses of the converter.
Recently, many nation have released standard such as IEC 61000-3-2 and IEEE 59, which impose a limit on the harmonic current drawn by equipment connected to AC line in order to prevent the distortion of an AC Line. Therefore, Plasma Display Panel (PDP) which is highlightened in digital display device also has the Power Factor Correction (PFC) circuit to meet the harmonic requirements. In PDP power module, the conventional boost converter is usually used for the PFC circuit. However, it comes serious thermal problem on it's bridge diode due to heat of PDP, and therefore the system stability is not guaranteed. In this paper, the bridgeless boost converter, which is used for PFC circuit of the PDP power module, is designed and verified the possibility of the application in a practical product in a view of efficiency, component count, temperature and etc.
최근 많은 나라들이 상용전원의 왜곡을 방지하기 위해 AC 라인에 직접 연결하는 제품에 IEC 61000-3-2 나 IEEE 59 와 같은 고조파 규제를 가하고 있다. 따라서 최근 차세대 디스플레이 소자로 각광을 받고 있는 PDP(플라즈마 디스플레이 패널) 역시 이런 규제치를 만족하기 위해 역률개선회로를 부착하고 있다. 기존의 PDP 파워 모듈에서는 일반적으로 잘 알려진 부스트 컨버터를 이용해 역률개선회로를 구성하여 사용하였다. 그러나 PDP 자체의 열과 브리지 다이오드의 과도한 발열 때문에 시스템의 안전성을 보장할 수가 없었다. 본 논문에서는 PDP 파워 모듈용 역률개선회로로 브리지 없는 부스트 컨버터를 이용함으로써 효율, 소자 수, 발열상태 등 여러 가지 측면에서 기존회로와 비교 분석을 하고 그것의 제품 적용 가능성을 살펴보고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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