In this paper, in order to develop a simple and high efficient ballast without an external igniter, a half-bridge type ballast with a coupled inductor and a frequency controlled synchronous rectifier is proposed. The internal LC resonance of the buck converter is used In generate a high voltage pulse for the ignition, and the coupled inductor filter is used for steady state ripple cancellation. Also, a synchronous buck converter is applied for the DC/DC converter stage. In order to improve the efficiency of the ballast, a frequency control method is proposed. This scheme reduces a circulation current and turn off loss of the MOSFET switch on the constant power operation, which results in increase of the efficiency of the ballast system about $4\%$, compared to a fixed frequency control. It consists a 2-stage version ballast with a PFC circuit. The results are verified with hardware experiments.
Kim, Hong-Shin;Heo, Young-Hwan;Mun, Sang-Pil;Park, Han-Seok
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.66
no.2
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pp.63-68
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2017
This paper proposes a new non-isolated DC conversion circuit topology of the voltage source coupled inductor series resonant high-frequency PFM controlled boost chopper type DC-DC power converter using two in one IGBT power module, which can efficiently operate under a principle of zero current soft switching for wide output regulation voltage setting ranges and wide fluctuation of the input DC side voltage as well as the load variation ranges. Its steady state operating principle and the output voltage regulation characteristics in the open-loop-based output voltage control scheme without PI controller loop are described and evaluated from theoretical and experimented viewpoints. Finally, in this paper the computer-aided simulation steady-state analysis and the experimental results are presented in order to prove the effectiveness and the validity of voltage regulation characteristics of the proposed series resonant zero current soft switching boost chopper type DC-DC power converter circuit using IGBTs which is based on simple pulse frequency modulation strategy more than, 20kHz.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.15
no.1
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pp.71-79
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1990
An analog phase shifter is designed at the operating frequency 10GHz that is coupled with a hybrid ring and the network connecting an inductor series with a varactor to extend a continuous chage in the phase of the reflected output wave to be produced from a variation in the terminated varactor reactance as a variation in the reverse bias voltage. It is manufactured in a microstripline in consideration of an effect of the dispersion characteristics and discontinuities. As a resuls of an experiment, a change in the phase is achieved over 180 degree from $52.34^{\circ}$ degrees to $235.01^{\circ}$degrees, the transmission loss is -3.6~-14.3dB, and the return loss is -16~-8dB(1.37
In this paper, a high step-up DC-DC PWM converter with continuous input current and low voltage stress is presented for renewable energy application. The proposed converter is composed of a boost converter integrated with an auxiliary step-up circuit. The auxiliary circuit uses an additional coupled inductor and a balancing capacitor with voltage doubler and switching capacitor technique to achieve high step-up voltage gain with an appropriate switch duty cycle. The switched capacitors are charged in parallel and discharged in series by the coupled inductor, stacking on the output capacitor. In the proposed converter, the voltage stress on the main switch is clamped, so a low voltage switch with low ON resistance can be used to reduce the conduction loss which results in the efficiency improvement. A detailed discussion on the operating principle and steady-state analyses are presented in the paper. To justify the theoretical analysis, experimental results of a 200W 40/400V prototype is presented. In addition, the conducted electromagnetic emissions are measured which shows a good EMC performance.
Bharatkumar, Dave Heema;Singh, Dheerendra;Bansal, Hari Om
Journal of Power Electronics
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v.19
no.6
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pp.1351-1365
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2019
This paper proposes two modified Z-source inverter topologies, namely an embedded L-Z-source inverter (EL-ZSI) and a coupled inductor L-Z source inverter (CL-ZSI). The proposed topologies offer a high voltage gain with a reduced passive component count and reduction in source current ripple when compared to conventional ZSI topologies. Additionally, they prevent overshoot in the dc-link voltage by suppressing heavy inrush currents. This feature reduces the transition time to reach the peak value of the dc-link voltage, and reduces the risk of component failure and overrating due to the inrush current. EL-ZSI and CL-ZSI possess all of the inherent advantages of the conventional L-ZSI topology while eliminating its drawbacks. To verify the effectiveness of the proposed topologies, MATLAB/Simulink models and scaled down laboratory prototypes were constructed. Experiments were performed at a low shoot through duty ratio of 0.1 and a modulation index as high as 0.9 to obtain a peak dc-link voltage of 53 V. This paper demonstrates the superiority of the proposed topologies over conventional ZSI topologies through a detailed comparative analysis. Moreover, experimental results verify that the proposed topologies would be advantageous for renewable energy source applications since they provide voltage gain enhancement, inrush current, dc-link voltage overshoot suppression and a reduction of the peak to peak source current ripple.
In this paper, a new high step up DC/DC converter with a modified super-lift technique is presented. The coupled inductor technique is combined with the super-lift technique to provide a tenfold or more voltage gain with a proper duty cycle and a low turn ratio. Due to a high conversion ratio, the voltage stress on the semiconductor devices is reduced. As a result, low voltage ultra-fast recovery diodes and low on resistance MOSFET can be used, which improves the reverse recovery problems and conduction losses. This converter employs a passive clamp circuit to recycle the energy stored in the leakage inductance. The proposed convertor features a high conversion ratio with a low turn ratio, low voltage stress, low reverse recovery losses, omission of the inrush currents of the switch capacitor loops, high efficiency, small volume and reduced cost. This converter is suitable for renewable energy applications. The operational principle and a steady-state analysis of the proposed converter are presented in details. A 200W, 30V input, 380V output laboratory prototype circuit is implemented to confirm the theoretical analysis.
Kim, Min-Woo;Choi, Seung-Won;Lee, Il-Oun;Lee, Jun-Young;Jeong, Kye-Soo;Ito, Ei-Ji
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.25
no.6
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pp.469-476
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2020
This study presents the results of the research on power supplies for welding machine using MOSFET switches in high frequency switching for ease of design and use a 100 kHz switching frequency for high power density. The topology of the proposed power supplies for welding machine is ZVS-PWM full-bridge converter. The proposed converter is designed on a distributed transformer for ease of design and be used in a 100 kHz switching frequency for high power density. The problem of power imbalance of transformers occurring in parallel operation of transformers can be improved by applying common mode coupled inductor and the corresponding contents are experimented and verified in this paper to present conclusions.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.27
no.2
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pp.85-91
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2022
This study proposes a high efficiency bridgeless Power Factor Correction (PFC) converter with improved common mode noise characteristics. Conventional PFC has limitations due to low efficiency and enlarged heat sink from considerable conduction loss of bridge diode. By applying a Common Mode (CM) coupled inductor, the proposed bridgeless PFC converter generates less conduction loss as only a small magnetizing current of the CM coupled inductor flows through the input diode, thereby reducing or removing heat sink. The input diode is alternately conducted every half cycle of 60 Hz AC input voltage while a negative node of AC input voltage is always connected to the ground, thus improving common mode noise characteristics. With the aim to improve switching loss and reverse recovery of output diode, the proposed circuit employs Critical Conduction Mode (CrM) operation and it features a simple Zero Current Detection (ZCD) circuit for the CrM. In addition, the input current sensing is possible with the shunt resistor instead of the expensive current sensor. Experimental results through 480 W prototype are presented to verify the validity of the proposed circuit.
In this paper, a power loss analysis technique of a high-frequency transformer of a bidirectional DAB (Dual Active Bridge) converter is reported. To miniaturize the transformer of the dual active bridge converter, a resonant inductor was designed with an air gap included low-coupled rate state core to combine leakage inductor with the resonant inductor which is required for soft-switching. In this paper, leakage inductance and magnetizing inductance, core material, type of winding and winding method are included in the dual active bridge transformer loss analysis process to enable optimal design at the initial design stage. Transformer loss analysis for dual active bridge with a switching frequency of 200 kHz and maximum output of 5 kW was executed, and elements necessary for design based on the number of turns on the primary side were graphed while maintaining the transformer turns ratio and window area. In particular, it was possible to determine the optimal number of turns and thickness of the transformer, and ultimately, the total loss of the transformer could be estimated.
A new DC-DC power converter is researched for renewable energy and battery hybrid power supplies systems in this paper. At the charging mode, a renewable energy source provides energy to charge a battery via the proposed converter. The operating principle of the proposed converter is the same as the conventional DC-DC buck converter. At the discharging mode, the battery releases its energy to the DC bus via the proposed converter. The proposed converter is a non-isolated high step-up DC-DC converter. The coupled-inductor technique is used to achieve a high step-up voltage gain by adjusting the turns ratio. Moreover, the leakage-inductor energies of the primary and secondary windings can be recycled. Thus, the conversion efficiency can be improved. Therefore, only one power converter is utilized at the charging or discharging modes. Finally, a prototype circuit is implemented to verify the performance of the proposed converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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