In this paper a modular high performance MV-to-LV rectifier based on a cascaded H-bridge rectifier is presented. The proposed rectifier can directly connect to the medium voltage levels and provide a low-voltage and highly-stable DC interface with the consumer applications. The input stage eliminates the necessity for heavy and bulky step-down transformers. It corrects the input power factor and maintains the voltage balance among the individual DC buses. The second stage includes the high frequency parallel-output DC/DC converters which prepares the galvanic isolation, regulates the output voltage, and attenuates the low frequency voltage ripple ($2f_{line}$) generated by the first stage. The parallel-output converters can work in interleaving mode and the active load-current sharing technique is utilized to balance the load power among them. The detailed analysis for modeling and control of the proposed structure is presented. The validity and performance of the proposed topology is verified by simulation and experimental results.
Multiphase dc-dc converters are widely used in modern power electronics applications due to their advantages over single-phase converters. Such advantages include reduced current stress in both the switching devices and passive elements, reduced output current ripple, and so on. Although the output current ripple of a converter can be significantly reduced by virtue of the interleaving effect, the inductor current ripple cannot be reduced even with the interleaving PWM method. One way to solve this problem is to use a coupled inductor. However, care must be taken in designing the coupled inductor to maximize its performances. In this paper, a detailed analysis of a coupled inductor is conducted and the effect of a coupled inductor on current ripple reduction is investigated extensively. From this analysis, a UU core based coupled inductor structure is proposed to maximize the performance of the coupled inductor.
Rimmalapudi, Sita R.;Williamson, Sheldon S.;Nasiri, Adel;Emadi, Ali
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제2권2호
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pp.231-240
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2007
This paper presents an advanced modeling and simulation technique applied to DC/DC power electronic converters fed through renewable energy power sources. The distributed generation (DG) system at the Illinois Institute of Technology, which employs a phase-l system consisting of a photovoltaic-based power system and a phase-2 system consisting of a fuel cell based primary power source, is studied. The modeling and simulation of the DG system is done using the generalized state space averaging (GSSA) method. Furthermore, the paper compares the results achieved upon simulation of the specific GSSA models with those of popular computer aided design software simulations performed on the same system. Finally, the GSSA and CAD software simulation results are accompanied with test results achieved via experimentation on both, the PV-based phase-l system and the fuel cell based phase-2 power system.
The paper proposes a new multilevel variable output voltage AC/DC Converter for power supply of power amplifiers used in underwater acoustic sensors. The proposed multilevel variable output voltage AC/DC Converter is composed of two parts. One as the input section is the high efficiency phase-shifted PWM full bridge DC-DC converter to get multiport power sources. The other as the output section is composed of two flying-capacitor 3-level DC-DC converters and a diode bridge circuit to get fast-response and multilevel variable output voltage for an envelope amplifier. Also the paper suggests the detailed circuit topology and design guideline of multilevel variable output voltage AC/DC converter. It also proposes the power balanced control method between 3-level converters and the voltage balanced algorithm for flying capacitors. Its characteristics should be verified by the detailed simulation results. It is anticipated that the proposed converter will be used very well for power amplifiers used in underwater acoustic sensors.
본 논문은 스위칭 주파수 스펙트럼 분석에 기반한 모듈형 병렬 양방향 DC-DC 컨버터의 전류분배 제어방법을 제안한다. 병렬 DC-DC 컨버터 각 모듈의 전류분배 균일도 향상은 동작안정성 확보, 효율 및 신뢰성 향상을 위해 매우 중요한 요소이다. 드룹 제어의 적용을 통해 별도의 통신연결 없이 각 병렬모듈간 전류 분배량 제어가 가능하지만, 선로 저항의 차이나 측정 소자의 편차가 발생할 경우 각 모듈간 균일한 전류분배가 어려운 문제가 존재한다. 각 모듈간 전류분배를 위해 각 개별모듈의 입력 전류에 존재하는 스위칭 주파수 성분만을 분석하여 병렬 모듈 사이의 전류분배 차이를 검출하고, 그 차이를 최소화 하도록 드룹 이득을 단계적으로 조절하는 제어 알고리즘을 제안한다. 제안된 제어 알고리즘은 에너지 저장장치와 연계된 380V급 DC 배전 시스템 모델을 대상으로 검증하였다.
The proposed dual-output DC-DC converter that bases on flyback converter can obtain two output voltage with non-isolated main-output and isolated sub-output at the same time using single-winding high frequency transformer. It can solve problems in multi-winding converter that use one main-switch, and also control quality of isolated sub-output voltage can be improved by additional sub-switch to the second. For analysis and design of the proposed converter system, converters are classified as operation mode from switching state and are become modeling by applying state space averaging method. Steady-state characteristics and dynamic characteristics are analyzed by DC component and perturbation component from state space averaging model. From experiment converter, validity of analysis and design for the propose converter system is confirm.
The industrial products to use single phase inverter are raised the necessity of power quality improvement, such as AC Motor Driver, Lighting, Renewable energy power converter. Also, it is increasing that applied the single phase multilevel inverter for high quality power at renewable energy power converter. Especially, the photovoltaic multilevel inverters have at least more than two DC_Link and more than one DC/DC Converter. This paper proposes a triple output DC/DC Converter with one switch for photovoltaic multilevel inverter. The proposed converter has advantages of low cost and volume because it has one switch. The operation principle of the converter is analyzed and verified. A prototype is implemented to verify of the proposed converter.
Negative output elementary super lift Luo converter (NOESLLC), which has the significant advantages including high-voltage transfer gain, high efficiency, high power density, and reduced output voltage/inductor current ripples when compared to the traditional DC-DC converters, is an attractive DC-DC converter for the field of negative DC voltage applications. In this study, in consideration of the voltage across the energy transferring capacitor changing abruptly at the beginning of each switching cycle, the improved averaged model of the NOESLLC operating in continuous conduction mode (CCM) is established. The improved DC model and transfer functions of the system are derived and analyzed. The current mode control is applied for this NOESLLC. The results from the theoretical calculations, the PSIM simulations and the circuit experiments show that the improved DC model and transfer functions here are more effective than the existed ones of the NOESLLC to describe its real dynamical behaviors.
Due to the large capacity and low cost, DC link electrolytic capacitors with of energy storage and voltage regulation are used for almost all types of power converter as the DC/AC inverter or DC/DC converter. Electrolytic capacitor, which is the most of the time affected by the aging effect, plays very important role for the power converter system quality and reliability. Therefore, this paper proposes a simple method to estimate the capacitance variation of an electrolytic capacitor in order to analyze the internal characteristic decrease and worn-out state of an electrolytic capacitor. Simulation results by using capacitor storage energy computation show the validity of the proposed capacitance estimation method.
Active AC/DC converters with PWM operation are utilized to regulate rectified DC bus voltage of a permanent magnet synchronous generator in the maritime DC power system. A DC bus voltage regulation strategy that exploits the six-step operation is proposed in this study. Compared with that of the PWM operation, switching loss of the converter can be significantly reduced under the six-step operation. Moreover, conduction loss can also be reduced due to the high modulation index and reduced flux-weakening current of the six-step operation. A controller is used for the proposed DC bus voltage regulation strategy to verify its validity with the simulation and experimental setup. The simulation and the experimental test results showed that the converter loss reduces to a maximum of 70% and 19%, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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