• 전력전자학회논문지
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• 제25권4호
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• pp.286-292
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• 2020

This study proposes a power decoupled multi-port dual-active-bridge (DAB) DC-DC converter employing multiple transformers. Conventional multiport DAB DC-DC converters experience a power coupling issue from the use of a single transformer, which essentially requires complex power decoupling control. To solve this issue, a multiport DAB DC-DC converter employing multiple transformers is proposed to decouple output power without additional complex control algorithms. The proposed converter uses multiple transformers that can expand output ports easily. Therefore, transformers and the proposed multi-port DAB converter can be designed simply. In addition, the number of coupling inductors can be reduced in the proposed three-port DAB converter compared with that in conventional multiport DAB converters. The power decoupling characteristics and equivalent circuit of the proposed converter are analyzed using theoretical model approaches. Finally, a 3-kW laboratory prototype is developed to verify the effectiveness of the proposed converter.

• 전력전자학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.102-108
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• 2017

Proper design guides are proposed for a practical dual-active bridge (DAB) converter based on the mathematical model on the steady state. The DAB converter is popular in bidirectional application due to its zero-voltage capability and easy bidirectional operation for seamless control, high efficiency, and performance. Some design considerations are taken to overcome the limitation of the DAB converter. The practical design methodology of power stage is discussed to minimize the conduction and switching losses of the DAB converter. Small-signal model and frequency response are derived and analyzed based on the generalized average method, which considers equivalent series resistance, to improve the dynamics, stability, and reliability with voltage regulation of the practical DAB converter. The design of closed-loop control is discussed by the derived small-signal model to obtain the pertinent gain and phase margin in steady-state operation. Experimental results of a 3.3 kW prototype of DAB converter demonstrate the validity and effectiveness of the proposed methods.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제21권2호
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• pp.95-100
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• 2022

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.

• 전력전자학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.159-165
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• 2017

Small-signal modeling and controller design methodology are proposed to improve the dynamics and stability of a DC-DC dual active bridge (DAB) converter. The state-space average method has a limitation when applied to the DAB converter because its state variables are nonlinear and have zero average values in a switching period. Therefore, the small-signal model and the frequency response of the DAB converter are derived and analyzed using a generalized average method instead of conventional modeling methods. The design methodology of a lead-lag controller instead of the conventional proportional-integral controller is also proposed using the derived small-signal model. The accuracy and performance of the proposed small-signal model and controller are verified by simulation and experimental results with a 500 W prototype DAB converter.

• 한국철도학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.727-735
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• 2016

철도차량용 구동 시스템의 주 변압기를 지능형 변압기로 대체하는 것은 철도차량의 효율을 높이기 위한 효과적인 방법이다. 지능형 변압기는 고전압 입력단을 저전압 직류단으로 변환하는 정류단 모듈과, 변환된 복수의 저전압 직류단 전압을 직/병렬로 연결하여 저전압 직류 출력 전압을 제어하는 Dual Active Bridge (DAB) 컨버터 모듈로 구성된다. DAB 컨버터는 고주파 변압기를 사이에 두고 양 측 Full-Bridge 컨버터의 전압 합성 방법에 따라 전력이 양방향으로 전달될 수 있다. 이 때, 양 측 Full-Bridge 컨버터의 전압 합성 방법에 따라 고주파 변압기로 흐르는 전류의 형태가 달라지게 되며, 이는 효율에 직접적인 영향을 미치게 된다. 본 논문은 중/저 전력 조건에서 DAB 컨버터의 효율을 개선하기 위한 새로운 modulation 방법을 제안한다. 제안하는 modulation 방법은 DAB 컨버터 내에 발생할 수 있는 무효 전력을 0으로 제어하도록 하며, 출력단 컨버터를 다이오드 정류기와 유사한 동작을 하도록 함으로써, 스위칭 손실을 최소화하도록 하였다. 제안된 modulation 방법을 통한 손실 저감은 900Vdc의 직류단 전압을 갖는 DAB 컨버터에 대한 시뮬레이션 결과를 통해 검증하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2019년도 전력전자학술대회
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• pp.297-298
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• 2019

본 논문에서는 인덕터와 커패시터(LC)를 이용한 새로운 전압 밸런서(VB)를 제안한다. 제안한 VB는 하프-브리지 및 Neutral-Point-Clamped 구조처럼 이중 출력을 가진 Dual-Active-Bridge (DAB) 컨버터에 적용될 수 있다. 제안한 VB는 추가적인 스위칭 소자를 사용하지 않더라도 출력 부하 조건에 관계없이 출력 전압 평형을 유지할 수 있다. 제안한 VB를 사용할 때, 변압기와 출력의 중성점 사이에 LC가 추가되지만, 컨버터의 PWM 방식과 동작은 기존과 대부분 동일하다. 따라서, 제안한 VB를 사용하는 이중 출력 DAB 컨버터는 기존 이중 출력 DAB 컨버터의 장점을 대부분 유지한 상태로 출력 전압 평형을 달성할 수 있다. 3 kW 시제품을 제작하여 제안한 VB의 성능을 검증하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2017년도 전력전자학술대회
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• pp.233-234
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• 2017

본 논문에서는 수학적 모델링과 성능 분석을 통해 LVDC 용 3상 Dual Active Bridge (DAB) 컨버터의 효율을 증가시킬 수 있는 다양한 방법에 대해서 제안하고자 한다. 3상 DAB 컨버터의 경우 양방향 전력 변환을 필요로 하는 고전력 응용에서 많이 사용되고 있다. 이는 3상 DAB 컨버터가 영전압 스위칭이 가능할 뿐만 아니라, 단상 DAB 컨버터 대비 낮은 도통 손실을 가질 수 있기 때문이다. 고전압/고전류 응용의 경우 대부분 능동 소자로 IGBT가 사용되는데, 따라서 대전력 응용에서 3상 DAB 컨버터의 영전압 스위칭이 가능한 장점을 퇴색시키고, 높은 스위칭 손실을 야기한다. 뿐만 아니라 3상 DAB 컨버터의 경우 고부하 상태에서 높은 순환 전류로 인해 도통 손실이 증가한다. 따라서 본 논문에서는 상기의 단점을 극복하기 위하여 IGBT의 턴-오프 전류를 최소화 시키고, RMS 전류를 낮출 수 있는 설계 방법을 제안하고자 한다. 모의시험과 5 kW급 시작품을 이용한 실험결과를 통해 제안하고자 하는 설계 방법의 타당성을 검증하고자 한다.

• 전력전자학회논문지
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• 제23권5호
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• pp.352-358
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• 2018

A split-capacitor (SC) dual-active-bridge (DAB) converter is proposed in this study. The DC-link capacitors of input and output are split in the proposed converter. The primary and secondary windings of transformer are connected to the midpoints of the DC-links. Hence, the SC DAB converter can inherently prevent transformer from saturation. Although the switch current stress of the proposed converter is twice that of the conventional DAB converter, the switch voltage stress is reduced by half. Therefore, the proposed converter can reduce switching loss and achieve high efficiency in a high switching frequency. Given the SC structure, the proposed converter can readily be connected to neutral-point-clamped- or half-bridge-type converters. The topology of the proposed converter is presented and the operating principle is analyzed in detail. A 3-kW hardware prototype was built and tested to verify the performance of the proposed converter.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2019년도 전력전자학술대회
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• pp.4-5
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• 2019

본 논문은 DC마이크로그리드에서 저전압 배터리 에너지 저장 시스템과 DC 버스 연결을 위한 Dual Active Bridge(DAB) 컨버터의 제어 방법에 대한 연구이다. DC 마이크로그리드에서 전력을 효율적으로 사용하기 위해 양방향 전력전달이 쉬운 DAB 컨버터는 많이 사용되고 있다. 다만, 낮은 배터리 저장 시스템을 사용하는 경우 과도상태에서 DC 버스 측 커패시터를 충전하기 위해 높은 돌입전류가 발생하게 된다. 이러한, 높은 돌입전류는 시스템의 전력반도체 소자를 파손시키는 문제를 가져온다. 따라서, 초기 돌입전류를 저감시킬 수 있는 소프트 스타트 알고리즘이 필요하다. 본 논문에서는 돌입전류 저감을 위한 소프트 스타트 알고리즘을 제안하고, 3kW급 DAB 컨버터의 실험 결과를 바탕으로 제안 된 알고리즘을 검증하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제23권5호
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• pp.366-372
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• 2018

Three-port dual-active bridge (DAB) converter in a DC microgrid was studied due to its high power density and cost-effectiveness. The other advantages of DAB include galvanic isolation and bidirectional power conversion capability using simple control modulation. The three-port DAB converter consists of a three winding transformer and three bridges. The transformer has three phases, which means that the ports are coupled. Thus, the three-port DAB converter causes unwanted power flows when the load connected to each port changes. The basic operational principles of the three-port DAB converter are presented in this study. The decoupling control strategy of the independent port power transfer is presented with a mathematical power model to overcome the unexpected power flow problem. The validity of the proposed analysis and control strategy is verified with PSIM simulation and experiments using a 1-kW prototype power converter.