The plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs) are specialized hybrid electric vehicles that have the potential to obtain enough energy for average daily commuting from batteries. The PHEV battery would be recharged from the power grid at home or at work and would thus allow for a reduction in the overall fuel consumption. This paper proposes an integrated power electronics interface for PHEVs, which consists of a novel Eight-Switch Inverter (ESI) and an interleaved DC/DC converter, in order to reduce the cost, the mass and the size of the power electronics unit (PEU) with high performance at any operating mode. In the proposed configuration, a novel Eight-Switch Inverter (ESI) is able to function as a bidirectional single-phase AC/DC battery charger/ vehicle to grid (V2G) and to transfer electrical energy between the DC-link (connected to the battery) and the electric traction system as DC/AC inverter. In addition, a bidirectional-interleaved DC/DC converter with dual-loop controller is proposed for interfacing the ESI to a low-voltage battery pack in order to minimize the ripple of the battery current and to improve the efficiency of the DC system with lower inductor size. To validate the performance of the proposed configuration, the indirect field-oriented control (IFOC) based on particle swarm optimization (PSO) is proposed to optimize the efficiency of the AC drive system in PHEVs. The maximum efficiency of the motor is obtained by the evaluation of optimal rotor flux at any operating point, where the PSO is applied to evaluate the optimal flux. Moreover, an improved AC/DC controller based Proportional-Resonant Control (PRC) is proposed in order to reduce the THD of the input current in charger/V2G modes. The proposed configuration is analyzed and its performance is validated using simulated results obtained in MATLAB/ SIMULINK. Furthermore, it is experimentally validated with results obtained from the prototypes that have been developed and built in the laboratory based on TMS320F2808 DSP.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.42
no.6
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pp.37-48
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2005
The efficiency of power supply circuits such as DC-DC converters and batteries varies on the trend of the power consumption because their efficiencies are not fixed. To analyze the efficiency of power supply circuits, we need the temporal behavior of the power consumption of the loads, which is dependent on the activity factors of the devices during the operation. Since it is not easy to model every detail of those factors, one of the most accurate power consumption analyses of power supply circuits is measurement of a real system, which is expensive and time consuming. In this paper, we introduce an active load emulator for embedded systems which is capable of power measurement, logging, replaying and synthesis. We adopt a pattern recognition technique for data compression in that long-term behaviors of power consumption consist of numbers of repetitions of short-term behaviors, and the number of short-term behaviors is generally limited to a small number. We also devise a heterogeneous structure of active load elements so that low-speed, high-current active load elements and high-speed, low-current active load elements may emulate large amount and fast changing power consumption of digital systems. For the performance evaluation of our load emulator, we demonstrate power measurement and emulation of a hard drive. As an application of our load emulator, it is used for the analysis of a DC-DC converter efficiency and for the verification of a low-power frequency scaling policy for a real-time task.
Kim, Dae-Ik;Han, Cheol-Min;Kim, Kwan-Woong;Bae, Sung-Hwan;Kim, Yong-Kab
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.12
no.2
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pp.309-314
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2008
Analog-to-digital converters(ADCs) used in instrumentation and measurements often require high absolute accuracy, including excellent linearity and negligible dc offset. Incremental(integrating) data converters(IDCs) provide a solution for such measurement applications, as they retain most of the advantages of conventional $\Delta{\Sigma}$ converters, and yet they are capable of offset-free and accurate conversion. In this paper, a design technique for implementing multiplexed incremental data converters to convert narrow bandwidth AC signals over multi-channel is discussed. It incorporates the operation principle, topology, and digital decimation filter design. The theoretical results are verified by simulation results.
DC microgrids are considered as prospective systems because of their easy connection of distributed energy resources (DERs) and electric vehicles (EVs), reduction of conversion loss between dc output sources and loads, lack of reactive power issues, etc. These features make them very suitable for future industrial and commercial buildings' power systems. In addition, the bipolar-type dc system structure is more popular, because it provides two voltage levels for different power converters and loads. To keep voltage balanced in such a dc system, a bidirectional dual buck-boost voltage balancer with direct coupling is introduced based on P-cell and N-cell concepts. This results in greatly enhanced system reliability thanks to no shoot-through problems and lower switching losses with the help of power MOSFETs. In order to increase system efficiency and reliability, a novel burst-mode control strategy is proposed for the dual buck-boost voltage balancer. The basic operating principle, the current relations, and a small-signal model of the voltage balancer are analyzed under the burst-mode control scheme in detail. Finally, simulation experiments are performed and a laboratory unit with a 5kW unbalanced ability is constructed to verify the viability of the bidirectional dual buck-boost voltage balancer under the proposed burst-mode control scheme in low-voltage bipolar-type dc microgrids.
This paper proposes a control method for three-phase voltage-source PWM converters using only a single current sensor in the DC link. A predictive current controller for the voltage-source PWM converter is used so that all phase currents can be reconstructed in a switching period although one or two of active vectors are applied only for a short time. Compensation of the 2 step delays is also included. In this paper single sensor current control using predictive state observer will be discussed, and investigated experimentally.
The AC-to-DC single-phase PWM rectifier for traction applications using high power semiconductor, IGCT is made and tested. Parallel operation of two PWM converter is adopted for increasing capacity of converters. For reducing harmonics, the harmonic content is eliminated by the phase shift between two converters switching phase. The output voltage control is achieved by interns calculation without detecting the input current. The part of PLL used for controlling power factor is simply implemented by software.
This paper proposes a high efficiency three-phase cascaded phase shifted H-bridge multi-level inverter without DC/DC converters for grid-tied multi string photovoltaic (PV) applications. The cascaded H-bridge topology is suitable for PV applications since each PV module can act as a separate DC source for each cascaded H-bridge module. The proposed phase shifted H-bridge multi-level topology offers advantages such as operation at a lower switching frequency and a lower current ripple when compared to conventional two level topologies. It is also shown that low ripple sinusoidal current waveforms are generated with a unity power factor. The control algorithm permits the independent control of each DC link voltage with a maximum power point for each string of PV modules. The use of the controller area network (CAN) communication protocol for H-bridge multi-level inverters, along with localized PWM generation and PV voltage regulation are implemented. It is also shown that the expansion and modularization capabilities of the H-bridge modules are improved since the individual inverter modules operate more independently. The proposed topology is implemented for a three phase 240kW multi-level PV power conditioning system (PCS) which has 40kW H-bridge modules. The experimental results show that the proposed topology has good performance.
A novel parallel three-level zero voltage switching (ZVS) DC converter is presented for medium voltage applications. The proposed converter includes three sub-circuits connected in parallel with the same power switches to share load current and reduce the current stress of passive components at the output side. Thus, the size of the output chokes is reduced and the switch counts in the proposed converter are less that in the conventional parallel three-level DC/DC converter. Each sub-circuit combines one half-bridge converter and one three-level converter. The transformer secondary windings of these two converters are connected in series in order to reduce the size of output inductor. Due to the three-level circuit topology, the voltage stress of power switches is equal to $V_{in}/2$. Based on the resonant behavior by the output capacitance of power switches and the leakage inductance (or external inductance) at the transition interval, each switch can be turned on under ZVS. Finally, experiments based on a 2 kW prototype are provided to verify the performance of the proposed converter.
Kim, Hack-Seong;Shin, Soo-Cheol;Lee, Hee-Jun;Jung, Chul-Ho;Han, Dong-Woo;Won, Chung-Yuen
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.3
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pp.256-262
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2013
In the large system such DC distribution for building, the method that a number of modules converters operation in parallel is commonly used. When parallel operation, circulating current is directly related to the loss of the entire system. Accordingly, each module to share the same current is the most important for the safety of the power system. In this paper, control method for reducing circulating current in parallel operation is proposed. furthermore response and operation of steady-state with parallel system was verified by simulation and experiment results.
Park, Sung-Jun;Park, Han-woong;Song, Dal-Sub;Lee, Man-Hyung;Kim, Cheul-U
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.48
no.7
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pp.369-375
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1999
This paper presents the novel low-performance single-phase voltage regulator which has common arm between the AC/DC and DC/AC power converters and adopts appropriate switching strategy, resulting in the reduction of the number of switching devices. Moreover, by introducing the method to replace the method to replace the conventional AC condenser in filter circuit with the new low-cost type using two DC condenser, the whole voltage regulator system can be more compact, simpler and less expensive than conventional ones. The fully digital controller is designed using high speed DSP, and the proposed system is validated through the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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