• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2017.07a
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• pp.235-236
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• 2017

본 논문에서는 저압 직류 배전 시스템에 사용되는 3-레벨 NPC DAB 컨버터의 중성점 전압 제어를 위한 향상된 스위칭 알고리즘을 제안한다. 3-레벨 NPC DAB 컨버터는 구조상 정격전압 감소를 위해 중성점을 기준으로 DC-link 단에 두 개의 캐패시터가 사용되기 때문에 중성점으로 들어오는 전류에 불균형이 발생하며 중성점 전압이 흔들리는 문제점이 나타난다. 중성점 전압이 흔들릴 경우 불균형한 전압이 변압기에 형성되며 이로 인해 전류 Offset과 실효 전류의 증가에 따른 전력 손실증가 등 전체적인 컨버터의 동작에 악영향을 준다. 따라서 본 논문에서는 3-레벨 NPC DAB 컨버터의 동작원리 및 기존 스위칭 패턴을 분석하고, 향상된 스위칭 패턴을 적용시켜 중성점 전압을 제어하는 알고리즘의 타당성을 모의시험을 통해 검증하고자 한다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2019.07a
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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.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2019.07a
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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.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2020.08a
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• pp.109-111
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• 2020

본 논문에서는 ESS용 전류원 Dual-Active-Bridge 컨버터의 저 부하 및 고 부하에서의 효율 향상을 위한 하이브리드 스위칭 알고리즘을 제안하고자 한다. 전류원 DAB 컨버터는 인터리브 구조를 이용하여 배터리 단의 입력 전류 리플을 저감할 수 있고, 전력 변환 효율 개선을 위한 다양한 제어 변수를 도입할 수 있는 등의 장점으로 인해 DC 마이크로그리드에서 ESS용 절연형 양방향 DC/DC 컨버터로 주목받고 있다. 그러나 전류원 DAB에서 종래의 전력 제어 방법인 펄스폭 변조 방식과 위상천이가 결합된 방법 (PWM plus Phase Shift, PPS)의 경우 저 부하 조건에서 높은 피크 전류로 인해 도통 손실이 크며, 펄스폭 변조 방식과 이중 위상천이가 결합된 방법(PWM plus Dual Phase Shift, PPDPS)의 경우 고 부하 조건에서 영전압 스위치 영역이 좁아져 효과적이지 않다. 따라서 본 논문에서는 2차 측의 펄스폭과 위상천이를 독립적으로 제어하는 하이브리드 스위칭 알고리즘을 통해 순환전류를 감소시키고 영전압 스위치 영역을 확장시켜 저 부하 및 고 부하 모두에서 효율을 향상시키고자 한다. 1-kW급 전류원 DAB 컨버터 시작품을 통해 제안된 하이브리드 스위칭 알고리즘의 효율성과 타당성을 검증한다.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• v.11 no.5
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• pp.1265-1273
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• 2016

• Journal of IKEEE
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• v.23 no.3
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• pp.994-1002
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• 2019

In this paper, we propose the development of a power conversion system for electric power take-off (e-PTO) of agricultural electric vehicles. Most e-PTOs use commercial power $220V_{AC}$. A bidirectional power conversion system having a two-stage structure consisting of a DC-DC converter and a DC-AC inverter for supplying a high output voltage using a low battery voltage of an agricultural electric vehicle is suitable. we propose a power conversion system consisting of the one-stage dual active bridge (DAB) converter and the two-stage bidirectional full bridge inverter. In addition, we propose a soft start algorithm for reducing the inrush current generated by the link capacitor charging during the initial operation. A 3kW prototype system and its corresponding algorithms have been implemented to verify its effectiveness through experiments.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• v.12 no.2
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• pp.654-664
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• 2017

This paper proposed an unified dual-phase-shift (UDPS) control for dual active bridge (DAB) converters in order to improve efficiency for a wide output power range. Different operating modes of UDPS are characterized with respect to the reactive current distribution. The proposed UDPS has the same output power capability with conventional phase-shift (CPS) method. Furthermore, its implementation is simple since only the change of the leading phase-shift direction is required for different operating power range. The proposed UDPS control can minimize both the inductor rms current and the circulating reactive current for various voltage conversion ratios and load conditions. The optimal phase-shift pairs for two bridges of DAB converter are derived with respect to the comprehensive reactive power loss model, including the reactive components delivered from the load and back to the source. Simulation and experimental results are illustrated and explained with details. The effectiveness of the proposed method is verified in terms of reactive power losses minimization and efficiency improvement.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• v.12 no.1
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• pp.29-38
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• 2017

This paper presents a study on the state-of-charge (SOC) reference based active cell balancing in real-time. The optimal references of SOC are determined by using the proposed active cell balancing system with the bidirectional DC/DC converters via the dual active bridge (DAB) type. Then, the energies between cells can be balanced by the power flow control of DAB based bidirectional DC/DC converters. That is, it provides the effective management of battery by transferring energy from the strong cell to the weak one until the cell voltages are equalized to the same level and therefore improving the additional charging capacity of battery. In particular, the cell aging of battery and power loss caused from energy transfer are considered. The performances of proposed active cell balancing system are evaluated by an electromagnetic transient program (EMTP) simulation. Then, the experimental prototype is implemented in hardware to verify the usefulness of proposed system.

• The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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• v.27 no.6
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• pp.507-514
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• 2022

This study proposes an optimal design process for a high-frequency transformer that has a large leakage inductance for dual-active-bridge converters. Notably, conventional design processes have large errors in designing leakage transformers because mathematically modeling the leakage inductance of such transformers is difficult. In this work, the geometric parameters of a shell-type transformer are identified, and finite element analysis(FEA) simulation is performed to determine the magnetization inductance, leakage inductance, and copper loss of various shapes of shell-type transformers. Regression models for magnetization and leakage inductances and copper loss are established using the simulation results and the machine learning technique. In addition, to improve the regression models' performance, the regression models are tuned by adding featured parameters that consider the physical characteristics of the transformer. With the regression models, optimal high-frequency transformer designs and the Pareto front (in terms of volume and loss) are determined using NSGA-II. In the Pareto front, a desirable optimal design is selected and verified by FEA simulation and experimentation. The simulated and measured leakage inductances of the selected design match well, and this result shows the validity of the proposed design process.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2017.07a
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• pp.351-352
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• 2017

본 논문은 반도체 변압기에 사용되는 3포트 DC-DC 컨버터의 전력 전달 모델링에 대해서 다룬다. 이 DC-DC 컨버터는 고전압 입력에 대응하기 위해 3L-NPC 구조를 가진다. 또한, 양극성 배전망에 적용하기 위해 3권선 변압기와 2차측에 2개의 하프 브릿지 회로를 사용한다. 본 논문에서는 이 특수한 구조 때문에 발생하는 전력 전달 모델링의 복잡성을 단순화하기 위해 분리 행렬을 도입하였다. 제안하는 컨버터와 모델링의 성능은 시뮬레이션 및 15kW 반도체 변압기 시제품을 통해 검증하였다.