In this paper, a current-fed two-inductor bi-directional DC/DC converter using resonance (CF-TIBCR) and its design method are proposed. The CF-TIBCR has characteristics of low current ripple and a high current rating because of two separated inductors. Also, it achieves zero voltage switching for all switches and zero current switching for switches of a low voltage stage by using the resonant tank. Besides, a voltage spike problem in conventional current-fed converters is solved without the need for an additional snubber or clamping circuits. As a result, the CF-TIBCR features high step-up and high efficiency. Since the proposed converter has difficulty achieving the soft-switching condition when the converter requires the low voltage transfer ratio, a method that varies the number of resonant cycles is adopted to extend the output voltage range with satisfying the soft-switching condition. The principles of the operation characteristics are presented with a theoretical analysis, and the proposed converter is verified through results of an experiment using a laboratory prototype.
This paper is analyzed for DC-DC chopper performance of high efficiency added in electric isolation. The general converters of high efficiency are made that the power loss of the used switching devices is minimized. To achieve high efficiency system, the proposed chopper is constructed by using a partial resonant circuit. The control switches using in the chopper are operated with soft switching for a partial resonant method. The control switches are operated without increasing their voltage and current stresses by the soft switching technology. The result is that the switching loss is very low and the efficiency of chopper is high. And the proposed chopper is added in a electric isolation. When the power conversion system is required to electric isolation, the proposed chopper is adopted with system development of high efficiency. The soft switching operation and the system efficiency of the proposed chopper is verified by digital simulation and experimental results.
This paper introduces a new scheme to balance the DC bus voltages of a cascaded H-bridge converter which is used as a Distribution Static Synchronous Series Compensator (D-SSSC) in electrical distribution network. The aim of D-SSSC is to control the power flow between two feeders from different substations. As a result of different cell losses and capacitors tolerance the cells DC bus voltage can deviate from their reference values. In the proposed scheme, by individually modifying the reference PWM signal for each cell, an effective balancing procedure is derived. The new balancing procedure needs only the line current sign and is independent of the main control strategy, which controls the total DC bus voltages of cascaded H-bridge. The effect of modulation index variation on the capacitor voltage is analytically derived for the proposed strategy. The proposed method takes advantages of phase shift carrier based modulation and can be applied for a cascaded H-bridge with any number of cells. Also the system is immune to loss of one cell and the presented procedure can keep balancing between the remaining cells. Simulation studies and experimental results validate the effectiveness of the proposed method in the balancing of DC bus voltages.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.19
no.2
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pp.124-132
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2014
In this paper, we implement a non-time-varying transfer function of the duty ratio to improve the control characteristics in a control system that Input voltage and the output voltage is varied, DC / DC converters for bi-directional charging. When control is performed with using controller gain of conventional design, characteristics of the control is varied to fluctuations of the input voltage. The proposed method is the equivalently removing method for duty ratio in entire control block, by voltage controller gain is changed for inverse of the duty ratio. The proposed non-time-varying duty ratio transfer function is applied to DC / DC converter for bi-directional charging. In this paper, feasibility and superiority is verified through PSIM simulations and experiments.
Kim, Do-Hyun;Lee, Byung-Kwon;Han, Byung-Moon;Lee, Jun-Young;Choi, Nam-Sup
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.2
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pp.169-177
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2013
This paper proposes a new configuration of bidirectional intelligent semiconductor transformer with rating of 1.9kV/127V, 2kVA. The proposed transformer consists of high-voltage high-frequency AC-DC rectifier, and low-voltage DC-DC and DC-AC converters. The operational feasibility of proposed transformer was verified by computer simulation with PSCAD/EMTDC software. Based on the simulation results, a hardware prototype with rating of 1.9kV/127V, 2kVA was built and tested in the lab to confirm the feasibility of hardware implementation. Using three units of this transformer, a 3-phase transformer with rating of 3.3kV/220V, 6kVA can be built.
Kim, Eun-Soo;Choi, Hae-Young;Park, Soon-Gu;Kim, Tae-Jin;Kim, Yoon-Ho;Lee, Jae-Hak
Proceedings of the KIPE Conference
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1998.10a
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pp.442-446
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1998
With the advent of the high-speed microprocessor and DSP, the possibility of executing a control strategy in digital domain has become a reality. By the use of the DSP and microprocessor controller, many high power converters such as especially inverter and motor drive system may be enhanced resulting in the improved robustness to EMI, the ability to communicate the operating conditions and the ease of adjusting the control parameters. But, the digital controller using DSP or microprocessor is not applied in the high frequency switching power supplies, especially full bridge dc/dc converter. So, this paper presents the method and realization of designing a digital-to-phase shift PWM circuit for full digital controlled phase-shifted full bridge dc/dc converter with zero voltage switching. The operating principles, simulation and experimental results will be presented.
This paper is study on a high efficiency DC-DC converter of discontinuous conduction mode (DCM) added electric isolation. The converters of high efficiency are generally made that the power losses of the used semiconductor switching devices is minimized. To achieve high efficiency system, the proposed converter is constructed by using a quasi resonant circuit. The control switches using in the converter are operated with soft switching by quasi resonant method. The control switches are operated without increasing their voltage and current stresses by the soft switching technology. The result is that the switching loss is very low and the efficiency of the system is high. The proposed converter is also added electric isolation which is used a pulse transformer. When the power conversion system is required electric isolation, the proposed converter is adopted with the converter system development of high efficiency. The soft switching operation and the system efficiency of the proposed converter are verified by digital simulation and experimental results.
In this paper, three kinds of PWM strategies for a three-phase current-fed dc/dc converter are proposed and compared in terms of losses and voltage transfer ratio. Each PWM strategy is described graphically and their switching losses are analyzed. With the proposed PWM C strategy, one turn-off switching of each bridge switch is eliminated to reduce switching losses under the same switching frequency. In addition, RMS current through the bridge switches is lowered by using parallel connection between two bridge switches and thus, conduction losses of the switches are reduced. Further, copper losses of the transformer are decreased due to the reduced RMS current of each transformer's winding. Therefore, total losses are minimized and the efficiency of the converter is improved by using the proposed PWM C strategy. Digital signal processor (DSP: TI320LF2407) and a field-programmable gate array (FPGA: EPM7128) board are used to generate PWM patterns for three-phase bridge and clamp MOSFETs. A 500W prototype converter is built and its experimental results verify the validity of the proposed PWM strategies.
This paper proposes a soft-switching bidirectional dc-dc converter (BDC) with an auxiliary circuit. The proposed BDC can achieve the zero-voltage switching (ZVS) using an auxiliary circuit in the buck and boost operations. The auxiliary circuit supplies optimal energy for the ZVS operation of the main switches. The auxiliary circuit consists of a resonant inductor, a back-to-back switch and two capacitors. A small-sized resonant inductor and an auxiliary switch with a low-rated voltage can be used in the auxiliary circuit. Zero-current switching (ZCS) turn-on and turn-off of the auxiliary switches are possible. The proposed soft-switching scheme has a look-up table for optimal switching of the auxiliary switches. The proposed strategy properly adjusts the turn-on time of the auxiliary switch according to the load current. The proposed BDC is verified by the results of PSIM simulations and experiments on a 3-kW ZVS BDC system.
Equal rating DC-DC converter modules can be connected in series at the input for circuits requiring higher input voltages and in parallel at the output for circuits requiring higher output currents. Since the converter modules may not be practically identical, closed loop control has to ensure that each module equally shares the total input voltage and the load current. A control scheme consisting of a common output voltage loop, individual inner current loops and individual input voltage loops have been designed in this work to achieve input voltage and load current sharing as well as load voltage regulation under supply and load disturbances. The output voltage loop provides the basic reference for the inner current loops, which are also modified by the respective input voltage loops. The average of the converter input voltages, which is dynamically varying, is chosen as the reference for input voltage loops. This choice of reference eliminates interaction among different control loops. Type II compensators and Fuzzy Logic Controllers (FLCs) are designed and compared through MATLAB based simulation and FLC is found to be satisfactory. Hence TMS320F2407A DSP based FLC is implemented and the results are presented which prove the superiority of the FLC developed for this research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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