The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.26
no.5
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pp.315-324
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2021
A solid state transformer (SST) that can interface an MVAC of three-phase 13.2 kV and a 1.5 kV DC distribution. SST consists of an AC/DC converter and a DC/DC converter with a high-frequency isolation transformer (HFIT). The AC/DC converter consists of cascaded NPC full-bridge to cope with the MVAC. The DC/DC converter applies a quad active bridge (QAB) topology to reduce the number of the HFIT. Topology analysis and controller design for this specific structure are discussed. In addition, the insulation of HFIT used in DC/DC converters is considered. The discussion is validated using a 300 kVA three-phase SST prototype.
The general function of a multilevel converter is to synthesize a desired output voltage from several levels of dc voltages as inputs. In order to increase the steps in the output voltage, a new topology is recommended in [1], which benefits from a series connection of sub-multilevel converters. In the procedure described in this reference, despite all the advantages, it is not possible to produce all the steps (odd and even) in the output. In addition, for producing an output voltage with a constant number of steps, there are different configurations with a different number of components. In this paper, the optimal structures for this topology are investigated for various objectives such as minimum number of switches and dc voltage sources and minimum standing voltage on the switches for producing the maximum output voltage steps. Two new algorithms for determining the dc voltage sources magnitudes have been proposed. Finally, in order to verify the theoretical issues, simulation and experimental results for a 49-level converter with a maximum output voltage of 200V are presented.
This paper describes an extension or a pair or multiple load flow solutions and nose curve method developed for voltage stability analysis or AC power systems to AC/DC systems. In this approach the converters are regarded as voltage dependent loads. Assuming that the converters at the unstable (-mode) solution consume the same power equal to the power at the stable (+mode) solution, the unstable solutions or the nose curves arc determined. This method is very efficient since estimating voltage collapse point and voltage stability margin arc determined by a few iterations of multiple load flow solutions. Also the method has the advantages that since the structure or Jacobian matrix is same with that of AC load flow, modal analysis or voltage stability is readily applicable if desired.
An interleaved single-stage AC/DC converter with a boost converter and an asymmetrical half-bridge topology is presented to achieve power factor correction, zero voltage switching (ZVS) and load voltage regulation. Asymmetric pulse-width modulation (PWM) is adopted to achieve ZVS turn-on for all of the switches and to increase circuit efficiency. Two ZVS half-bridge converters with interleaved PWM are connected in parallel to reduce the ripple current at input and output sides, to control the output voltage at a desired value and to achieve load current sharing. A center-tapped rectifier is adopted at the secondary side of the transformers to achieve full-wave rectification. The boost converter is operated in discontinuous conduction mode (DCM) to automatically draw a sinusoidal line current from an AC source with a high power factor and a low current distortion. Finally, a 240W converter with the proposed topology has been implemented to verify the performance and feasibility of the proposed converter.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.43
no.7
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pp.1093-1102
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1994
PWM converters employing GTO's are proposed to be used for the currently planned Korean High-Speed Train system. In this paper, operating methods and harmonic spectrums are investigated for the PWM modulated voltage controlled GTO AC/DC converter used in the High-Speed Train System. It is shown that harmonic components can be controlled by varying carrier frequency in PWM modulation schemes. Then the input power-factor control scheme is suggested and analyzed. It is found that the power-factor can be varied by controlling the converter input voltage and phase angles between the input supply voltage and the converter input voltage. Finally, simulation programs are developed and converter systems are implemented.
New discrete time domain models for the peak current controlled (PCC) power LED drivers in continuous conduction mode include for the first time the effects of the time delay in the pulse-width-modulator. Realistic amounts of time delay are found to have significant effects on the average output LED current and on the critical inductor value at the boundary between the two conduction modes. Especially, the time delay can provide an accurate LED current for the PCC buck converter with a wide input voltage. The models can also predict the critical inductor value at the mode boundary as functions of the input voltage and the time delay. The overshoot of the peak inductor current due to the time delay results in the increase of the average output current and the reduction of the critical inductor value at the mode boundary in all converters. Experimental results are presented for the PCC buck LED driver with constant-frequency controller.
This paper presents a new circuit topology of DC busline switch and snubbing capacitor-assisted full-bridge soft-switching PWM inverter type DC-DC power converter with a high frequency link for low voltage large current applications as DC feeding systems, telecommunication power plants, automotive DC bus converters, plasma generator, electro plating plants, fuel cell interfaced power conditioner and arc welding power supplies. The proposed power converter circuit is based upon a voltage source-fed H type full-bridge high frequency PWM inverter with a high frequency transformer link. The conventional type high frequency inverter circuit is modified by adding a single power semiconductor switching device in series with DC rail and snubbing lossless capacitor in parallel with the inverter bridge legs. All the active power switches in the full-bridge inverter arms and DC busline can achieve ZVS/ZVT turn-off and ZCS turn-on commutation operation. Therefore, the total switching losses at turn-off and turn-on switching transitions of these power semiconductor devices can be reduced even in the high switching frequency bands ranging from 20 kHz to 100 kHz. The switching frequency of this DC-DC power converter using IGBT power modules is selected to be 60 kHz. It is proved experimentally by the power loss analysis that the more the switching frequency increases, the more the proposed DC-DC converter can achieve high performance, lighter in weight, lower power losses and miniaturization in size as compared to the conventional hard switching one. The principle of operation, operation modes, practical and inherent effectiveness of this novel DC-DC power converter topology is proved for a low voltage and large current DC-DC power supplies of arc welder applications in industry.
This paper presents a new prototype of soft-switching DC-DC power converter with a high frequency transformer link which has two active power controlled switches in full bridge rectifier with capacitor input type smoothing filter. In this DC-DC converter, ZVS of the inverter in transformer primary side and ZCS of active rectifier area in secondary side can be completely achieved by taking advantage of parasitic inductor component of high-frequency transformer and loss less snubbing capacitors. Its operation principle and salient features are described. The steady-state operating characteristics of the proposed DC-DC power converter are illustrated and discussed on the basis of the simulation results in addition to the experimental ones obtained by 2kw-40kHz power converter breadboard set up.
In this paper, a novel high gain bidirectional modular dc-dc converter (BMC) with unipolar and bipolar structures for dc network interconnections is proposed. When compared with traditional dc grid-connecting converters, the proposed converter can achieve a high voltage gain with a simple modular transformerless structure. A sub-modular structure for the BMC is proposed to eliminate the unbalanced current stress between the different power units (levels) in the BMC. This can realize current sharing and standardized production and assembling. In addition, phase-interval operation is introduced to the sub-modules to realize low voltage and current ripple in both sides of the converter. Furthermore, two types of bipolar topologies of the sub-modular BMC were proposed to extend its application in bipolar dc network connections. In addition, the control system was optimized for grid-connection applications by providing various control strategies. Finally, simulations of a 3-level unipolar sub-modular BMC and a 4-level bipolar sub-modular BMC were conducted, and a 1-kW experimental 3-level unipolar prototype was developed to verify the effectiveness of the proposed converter.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.27
no.10
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pp.59-68
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2013
This paper proposes the boost type bidirectional DC/DC converter with high efficiency for electric vehicle using an interleave method. This interleave method can reduce the system size because it reduces the ripple of output voltage and input current with no add to extra filter. Proposed system is consist of two converters and applies to interleaved method through phase shift to each converter. And it implements the high boost through voltage double and series construction of output port. Also, it reduces the price and increases the efficiency as operating the ZCS by leakage inductance of transformer and capacitor of voltage double with not add special reactor. Proposed DC/DC converter using interleave method is proved the validity through the result of PSIM simulation and experiment of 5kW DC/DC converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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