Silicon Carbide (SiC) MOSFET belongs to the family of wide-band gap devices with inherit property of low switching and conduction losses. The stable operation of SiC MOSFET at higher operating temperatures has invoked the interest of researchers in terms of its application to high power density (HPD) power converters. This paper presents a performance study of SiC MOSFET based two-phase interleaved boost converter (IBC) for regulation of avionics bus voltage in more electric aircraft (MEA). A 450W HPD, IBC has been developed for study, which delivers 28V output voltage when supplied by 24V battery. A gate driver design for SiC MOSFET is presented which ensures the operation of converter at 250kHz switching frequency, reduces the miller current and gate signal ringing. The peak current mode control (PCMC) has been employed for load voltage regulation. The efficiency of SiC MOSFET based IBC converter is compared against Si counterpart. Experimentally obtained efficiency results are presented to show that SiC MOSFET is the device of choice under a heavy load and high switching frequency operation.
In this study, a new zero-voltage transition (ZVT) buck converter with coupled inductor using a synchronous rectifier and a lossless clamp circuit is proposed. The regular buck converter with tapped inductor has extended duty cycle for high step-down applications. However, the leakage inductance of the coupled inductor produced considerable voltage spikes across the switch. A lossless clamp circuit is used in the proposed converter to overcome this problem. The freewheeling diode was replaced with a synchronous rectifier to reduce conduction losses in the proposed converter. ZVT conditions at turn-on and turn-off instants were provided for the main switch. The synchronous rectifier switch turned on under zero-voltage switching, and the auxiliary switch turn-on and turn-off were under zero-current condition. Experimental results of a 100 W-100 kHz prototype are provided to justify the validity of the theoretical analysis. Moreover, the conducted electromagnetic interference of the proposed converter is measured and compared with its hard-switching counterpart.
In this study, a new dual-active soft-switching converter is proposed to improve conversion efficiency and extend the load range for an MTEM electromagnetic transmitter in geological exploration. Unlike a conventional DC/DC converter, the proposed converter can operate in passive soft-switching, single-active soft-switching, or dual-active soft-switching modes depending on the change in load power. The main switches and lagging auxiliary switches of the converter can attain soft-switching over the entire load range. The conduction and switching losses are greatly reduced compared with those of ordinary converters under the action of the cut-off diodes and auxiliary windings coupled to the main transformer in the auxiliary circuits. The conversion efficiency of the proposed converter is significantly improved, especially under light-load conditions. First, the working principle of the proposed converter is analyzed in detail. Second, the relationship between the different operating modes and the load power is given and the design principle of the auxiliary circuit is presented. Finally, the Saber simulation and experimental results verify the feasibility and validity of the converter and a 50 kW prototype is implemented.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.26
no.5
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pp.376-379
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2021
The design and performance of a SiC-MOSFET-based 11-kW bi-directional on-board charger (OBC) for electric vehicles is presented. The OBC consists of a three-phase two-level AC/DC converter and a CLLLC resonant converter. All the power devices are implemented with SiC-MOSFETs to reduce the conduction losses generated in the OBC, and the DC-link voltage is designed to track the level of battery voltage in the forward and reverse powering modes. As a result, the CLLLC resonant converter always runs at the switching frequency near the resonant frequency, resulting in high-efficiency operation at the maximum powering modes. As the DC-link voltage varies according to the battery voltage, the AC/DC converter in the proposed OBC adopts an adaptive DC-link voltage controller. The performance of the proposed 11-kW OBC is verified by a prototype converter with the following specifications: three-phase 60-Hz 380-V input, 11-kW capacity, and battery voltage range of 214-413-V, resulting in the conversion efficiency of over 95.0-% in the forward and reverse powering modes.
Electric propulsion aircraft are being actively researched in the aviation field in recent years to solve environmental and noise problems caused by existing gas turbine engine. In particular, research on a thrust motor as a core component of an electric power propulsion system and an inverter for driving it is actively being conducted. In this paper, a motor with high specific power is selected to determine characteristics of aircraft that are sensitive to weight and volume. Power loss of the inverter is then simulated. In the simulation, the selected motor and power device were modeled using PSIM, a power electronics analysis tool. Inverter power loss according to switching frequency was then analyzed.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.3
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pp.223-227
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2016
Power supplies make the load compatible with its power source. DC power supplies are extensively used with most electrical and electronic appliances such as computers, television, and audio sets. The presence of non-linear loads results in a low power factor and higher harmonics in the power system. Several techniques for power-factor correction and harmonic reduction have been reported in the literature. This paper proposes a bridgeless boost converter that improves the power factor and reduces the harmonic content in input line currents as compared to full-bridge rectifiers. This bridgeless boost converter eliminates the need of a line-voltage bridge rectifier in conventional boost converter and thereby reduces conduction losses. The effectiveness of the proposed scheme is verified by computer simulations by using the PSIM software.
This paper proposes an input-series-output-parallel connected ZVS full bridge converter with interleaved control for photovoltaic power conditioning systems (PV PCS). The input-series connection enables a fully modular power-system architecture, where low voltage and standard power modules can be connected in any combination at the input and/or at the output, to realize any given specifications. Further, the input-series connection enables the use of low-voltage MOSFETs that are optimized for a very low RDSON, thus, resulting in lower conduction losses. The system costs decrease due to the reduced current, and the volumes of the output filters due to the interleaving technique. A topology for a photovoltaic (PV) dc/dc converter that can dramatically reduce the power rating and increase the efficiency of a PV system by analyzing the PV module characteristics is proposed. The control scheme, consisting of an output voltage loop, a current loop and input voltage balancing loops, is proposed to achieve input voltage sharing and output current sharing. The total PV system is implemented for a 10-kW PV power conditioning system (PCS). This system has a dc/dc converter with a 3.6-kW power rating. It is only one-third of the total PV PCS power. A 3.6-kW prototype PV dc/dc converter is introduced to experimentally verify the proposed topology. In addition, experimental results show that the proposed topology exhibits good performance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.6
s.261
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pp.574-580
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2007
The objective of this article is to present an analysis of all heat transfer paths through the energy nose under closed door conditions when refrigeration system of household refrigerator-freezer is operating on. Both experimental and numerical methods are suggested as a means of determining the overall energy nose load amount as well as the load due to each pathway such as mullion section and F and R sides of the household refrigerator-freezer. In other words, all loads determined in this article are just energy nose and not the loads seen by the refrigeration system. We suggest good ideas for improving the heat transfer losses such as conduction and convection through the energy nose. As we can be known from the experimental test results, it is effective to prevent the heat loss of a mullion section. And energy efficiency is also decreased approximately 6% compared to that of a baseline sample test result. As we can be known from the Ansys 8.1 analysis, it is shown the steady state temperature distribution in figures from 6 to 8. And the direction of the heat flow through the energy nose section is also easily seen from that In conclusion, the article is focused on an energy nose section in household refrigerator-freezer for practical proposes which is the energy saving in a household refrigerator-freezer. And the method suggested may be applied to any make or model to aid in the search for high efficient energy nose section of household side by side refrigerator-freezer as well as top mounted refrigerator-freezer, commercial refrigerator and so on.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.9
no.2
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pp.1301-1305
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1967
Ground water flow can be studied with model test. Model test of ground water works are necessary for economic and safe design of the works. Also influence of the ground water flow to the durability and safety of hydraulic structures can be studied with this model. a. Sand model ; Water flow through porous media is the principle of sand model. Darcy's formula is the basic equation, $q=k{\frac{dh}{ds}}^{\circ}. The effect of the ground water flow on the grain system itself is represented with this model only. b. Hele-Shaw model ; In this model use is made of the viscous flow analogy. Viscous fluid such as glycerine flowing through two parallel plates depends on Poiseuille law, $q=-c{\frac{dh}{ds}}$. The analogue can be used vertically and horizontally. c. Heat model ; This is based on the analogy of the Fourier's law for heat conduction and Darcy's law for ground water flow. Especially unsteady problem can be studied with this model. A difficulty of the construction of this model is the isolation, which has to prevent losses of the heat. d. Electirc model ; Ohm's law for electric current is analogous to Darcy's law. Resistance material such as metal foil, graphite block, water with salt added, gelatine with salt added, ete. is connected to electric sources and resistor, and equi-voltage line is detected with galvanometer, $N_aCl$, $CuSo_4$, etc. are used as salt in the model. e. Membrane model ; This model is based on the facts that the deflection of a thin membrane obeys Laplace's equation if there is no load in the direction perpendicular to the membrane, and if the dellection is small.
For wearable health monitoring systems, a fundamental problem is the limited space for storing energy, which can be translated into a short operational life. In this paper, a highly efficient active voltage doubling rectifier with a wide input range for micro-piezoelectric energy harvesting systems is proposed. To obtain a higher output voltage, the Dickson charge pump topology is chosen in this design. By replacing the passive diodes with unbalanced-biased comparator-controlled active counterparts, the proposed rectifier minimizes the voltage losses along the conduction path and solves the reverse leakage problem caused by conventional comparator-controlled active diodes. To improve the rectifier input voltage sensitivity and decrease the minimum operational input voltage, two low power common-gate comparators are introduced in the proposed design. To keep the comparator from oscillating, a positive feedback loop formed by the capacitor C is added to it. Based on the SMIC 0.18-μm standard CMOS process, the proposed rectifier is simulated and implemented. The area of the whole chip is 0.91×0.97 mm2, while the rectifier core occupies only 13% of this area. The measured results show that the proposed rectifier can operate properly with input amplitudes ranging from 0.2 to 1.0V and with frequencies ranging from 20 to 3000 Hz. The proposed rectifier can achieve a 92.5% power conversion efficiency (PCE) with input amplitudes equal to 0.6 V at 200 Hz. The voltage conversion efficiency (VCE) is around 93% for input amplitudes greater than 0.3 V and load resistances larger than 20kΩ.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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