This paper studies a new three-level pulse-width modulation (PWM) resonant converter for high input voltage and high load current applications. In order to use high frequency power MOSFETs for high input voltage applications, a three-level DC converter with two clamped diodes and a flying capacitor is adopted in the proposed circuit. For high load current applications, the secondary sides of the proposed converter are connected in parallel to reduce the size of the magnetic core and copper windings and to decrease the current rating of the rectifier diodes. In order to share the load current and reduce the switch counts, three resonant converters with the same active switches are adopted in the proposed circuit. Two transformers with a series connection in the primary side and a parallel connection in the secondary side are adopted in each converter to balance the secondary side currents. To overcome the drawback of a wide range of switching frequencies in conventional series resonant converters, the duty cycle control is adopted in the proposed circuit to achieve zero current switching (ZCS) turn-off for the rectifier diodes and zero voltage switching (ZVS) turn-on for the active switches. Finally, experimental results are provided to verify the effectiveness of the proposed converter.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.21
no.4
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pp.320-327
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2016
We propose a multi-channel current-balancing single switch light-emitting diode (LED) driver for a 3D TV. Conventional LED drivers require non-isolated DC/DC converters as many as the number of LED channels, whereas the proposed LED driver needs only one power switch and several balancing capacitors instead of expensive non-isolated DC/DC converters. Therefore, the proposed driver features a simple structure with low cost and high efficiency. In particular, because its power switch can be turned off under the zero-current switching condition, the proposed driver has desirable advantages, such as improved electromagnetic interference characteristics and high efficiency. Moreover, it only uses a small number of DC blocking capacitors with no additional active devices for the current balancing of multi-channel LEDs. Therefore, the proposed driver exhibits high reliability and cost effectiveness. To confirm the validity of the proposed driver, we perform a theoretical analysis and present design considerations and experimental results obtained from a prototype that is applicable to a 46" LED TV.
The Theory of operation of switched reluctance motors (SRM) depends on the reluctance torque, where energy is transferred to stator winding only. Although its construction is simple, the electrical design is complex, due to the switching configuration needed to deliver power to stator coils. However, because of the nonlinearly of magnetic circuit, SRM has torque ripple. This paper proposes a new strategy to drive SRM from a single-phase AC supply. Each stator winding is connected to AC-DC or AC-AC converters, which is called branch. All branches are connected in parallel to a single-phase AC supply. A shaft encoder allows current production in stator winding during the positive torque production region and terminates it during the negative torque production region. A magnetic flux is produced between stator poles when current is supplied from AC supply to stator coil and repeats many cycles as long as the rate of change of stator inductance is positive. Different possibilities for the configurations of AC-AC or AC-DC converters are introduced to drive SRM from the single-phase AC supply. A case study is presented for a SRM fed from AC supply through semi-controlled AC-DC converter is presented. A simulation model is introduced and verified by experimental rig for two-phase SRM.
Diao, Li-Jun;Dong, Kan;Yin, Shao-Bo;Tang, Jing;Chen, Jie
Journal of Power Electronics
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v.16
no.5
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pp.1851-1860
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2016
The traction motors in electric multiple unit (EMU) trains are powered by AC-DC-AC converters, and the DC link voltage is generated by single phase PWM converters, with a fluctuation component under twice the frequency of the input catenary AC grid, which causes fluctuations in the motor torque and current. Traditionally, heavy and low-efficiency hardware LC resonant filters parallel in the DC side are adopted to reduce the ripple effect. In this paper, an analytical model of the ripple phenomenon is derived and analyzed in the frequency domain, and a ripple control scheme compensating the slip frequency of rotor vector control systems without a hardware filter is applied to reduce the torque and current ripple amplitude. Then a relatively simple discretization method is chosen to discretize the algorithm with a high discrete accuracy. Simulation and experimental results validate the proposed ripple control strategy.
Traditional boost converters have difficulty realizing high efficiency and high voltage gain conversion due to 1) extremely large duty cycles, 2) high voltage and current stresses on devices, and 3) low conversion efficiency. Therefore, a function decoupling high voltage gain DC/DC converter composed of a DC transformer (DCX) and an auxiliary converter is proposed. The role of DCX is to realize fixed gain conversion with high efficiency, whereas the role of the auxiliary converter is to regulate the output voltage. In this study, different forms of combined high voltage gain converters are compared and analyzed, and a structure is selected for the function decoupling high voltage gain converter. Then, topologies and control strategies for the DCX and auxiliary converter are discussed. On the basis of the discussion, an optimal design method for circuit parameters is proposed, and design procedures for the DCX are described in detail. Finally, a 400 W experimental prototype based on the proposed optimal design method is built to verify the accuracy of the theoretical analysis. The measured maximum conversion efficiency at rated power is 95.56%.
Bae, SunHo;Kim, Hongrae;Park, Jung-Wook;Lee, Soo Hyoung
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.12
no.5
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pp.1805-1811
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2017
Recently, DC systems are considered as efficient electric power systems for renewable energy based clean power generators. This discloses several critical issues that are required to be considered before the installation of the DC systems. First of all, voltage/current switching stress, which is aggravated by large fault current, might damage DC circuit breakers. This problem can be simply solved by applying a superconducting fault current limiter (SFCL) as proposed in this study. It allows a simple use of insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) as a DC circuit breaker. To evaluate the proposed resistive type SFCL application to the DC circuit breaker, a DC distribution system is composed of the practical line impedances from the real distribution system in Do-gok area, Korea. Also, to reflect the distributed generation (DG) effects, several DC-to-DC converters are applied. The locations and sizes of the DGs are optimally selected according to the results of previous studies on DG optimization. The performance of the resistive type SFCL applied DC circuit breaker is verified by a time-domain simulation based case study using the power systems computer aided design/electromagnetic transients including DC (PSCAD/ EMTDC(R)).
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.25
no.4
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pp.319-328
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2020
The recent use of distributed power generation systems constructed with DC-DC converters has become extremely popular owing to the rising need for environment friendly energy generation power systems. In this study, a new single-phase five-level inverter for off-grid applications constructed with a multilevel DC-DC step-up converter is proposed to boost a low-level DC voltage (36 V-64 V) to a high-level DC bus (380 V) and invert and connect them with a single-phase 230 V rms AC load. Compared with other traditional multilevel inverters, the proposed five-level inverter has a reduced number of switching devices, can generate high-quality power with lower THD values, and has balanced voltage stress for DC capacitors. Moreover, the proposed topology does not require multiple DC sources. Finally, the performance of the proposed topology is presented through the simulation and experimental results of a 400 W hardware prototype.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.16
no.2
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pp.235-240
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2010
In order to substitute incandescent lamps, a power supply device for 7W class LED lamps which are environmentally friendly and energy saving is designed LED lamps consist of a multitude of chip LED connected in parallel and series. 11ms it is necessary to supply LED lamps with DC voltage and current. However, when LED lamps are in use, they are connected directly to AC 220V. This is why we need to have AC/DC, DC/DC power converters including a control system of voltage and current. For this, a transformerless and simple LED lamp driver is designed 조ich can control the current and output voltage for LED string of LED lamp.
In this paper, a hierarchical control strategy is introduced to control a new three-port multidirectional DC-DC converter for integrating an energy storage system (ESS) to a bipolar DC microgrid (BPDCMG). The proposed converter provides a voltage-balancing function for the BPDCMG and adjusts the states of charge (SoC) of the ESS. Previous studies tend to balance the voltage of the BPDCMG buses with active sources or by transferring power from one bus to another. Furthermore, the batteries available in BPDCMGs were charged equally by both buses. However, this power sharing method does not guarantee efficient operation of the whole system. In order to achieve a higher efficiency and lower energy losses, a triple-layer hierarchical control strategy, including a primary droop controller, a secondary voltage restoration controller and a tertiary optimization controller are proposed. Thanks to the multi-functional operation of the proposed converter, its conversion stages are reduced. Furthermore, the efficiency and weight of the system are both improved. Therefore, this converter has a significant capability to be used in portable BPDCMGs such as electric DC ships. The converter modes are analyzed and small-signal models of the converter are extracted. Comprehensive simulation studies are carried out and a BPDCMG laboratory setup is implemented in order to validate the effectiveness of the proposed converter and its hierarchical control strategy. Simulation and experimental results show that using the proposed converter mitigates voltage imbalances. As a result, the system efficiency is improved by using the hierarchical optimal power flow control.
This paper proposes a dc error compensation algorithm using dq-synchronous coordinate transform digital phase-locked-loop in single-phase grid-connected converters. The dc errors are caused by analog to digital conversion and grid voltage during measurement. If the dc offset error is included in the phase-locked-loop system, it can cause distortion in the grid angle estimation with phase-locked-loop. Accordingly, recent study has dealt with the integral technique using the synchronous reference frame phase-locked-loop method. However, dynamic response is slow because it requires to monitor one period of grid voltage. In this paper, the dc offset error compensation algorithm of the improved response characteristic is proposed by using the synchronous reference frame phase-locked-loop. The simulation and the experimental results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed dc offset error compensation algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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