In this paper, a cost-effective single switch multi-channel LED (light emitting diode) driver is proposed. While conventional LED drivers require as many non-isolated DC/DC converters as the number of LED channels, 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 simpler structure, with a lower cost and a higher efficiency. Because its power switch can be turned off under the zero current switching condition, it has very desirable advantages such as improved electromagnetic interference characteristics and high efficiency. Moreover, it uses only a small number of DC blocking capacitors with no additional active devices for the current balancing of multi-channel LEDs. As a result, the proposed driver exhibits high reliability and is cost effective. To confirm the validity of the proposed driver, a theoretical analysis is performed, and design considerations and experimental results obtained from a prototype that is applicable to a 46" LED-TV are presented.
In this paper, bidirectional LLC-LC resonant DC-DC converter with notch filters in the primary side of resonant circuits is proposed. Even if resonant capacitors are used on the primary and secondary sides, the proposed converter can operate with the high gain characteristics of the LLC resonant converter without mutual coupling of resonant capacitors, regardless of the direction of power flow. In addition, by applying notch filters, the proposed converter can operate with a wider gain control range and can cope with overload and short circuit. The analysis and operating characteristics of the proposed bidirectional LLC-LC resonant converter are investigated. A 3.3 kW prototyped bidirectional LLC-LC resonant converter connected to 750 VDC buses is designed and tested to verify the validity and applicability of this proposed converter.
Renewable energy based on photovoltaic systems is beginning to play an important role to supply power to remote areas all over the world. Owing to the lower output voltage of photovoltaic arrays, high gain DC-DC converters with a high efficiency are required in practice. This paper presents a novel interleaved DC-DC boost converter with a high voltage gain, where the input terminal is interlaced in parallel and the output terminal is staggered in series (IPOSB). The IPOSB configuration can reduce input current ripples because two inductors are interlaced in parallel. The double output capacitors are charged in staggered parallel and discharged in series for the load. Therefore, IPOSB can attain a high step-up conversion and a lower output voltage ripple. In addtion, the output voltage can be automatically divided by two capacitors, without the need for extra sharing control methods. At the same time, the voltage stress of the power devices is lowered. The inrush current problem of capacitors is restrained by the inductor when compared with high gain converters with a switching-capacitor structure. The working principle and steady-state characteristics of the converter are analyzed in detail. The correctness of the theoretical analysis is verified by experimental results.
DC bus electrolytic capacitors are used in variety of equipments as smoothing element of the power converters because it has high capacitance for its size and low price. It is responsible for frequent breakdowns of many static converters and inverter drive systems. Therefore it is important to diagnosis monitoring the condition of an electrolytic capacitor in real-time to predict the failure of power converter. In this paper, the on-line remote diagnosis monitoring system for DC BUS electrolytic capacitors of power converter using low-cost type Zigbee communication modules is developed. To estimate the health status of the capacitor, the equivalent series resistor(ESR) of the component has to be determined. The capacitor ESR is estimated by using RMS computation using AC coupling method of DC link ripple voltage/current. The Zigbee communication-based experimental results show that the proposed remote DC capacitor diagnosis monitoring system can be applied to DC/DC converter and UPS successfully.
DC-link capacitors are reliability-critical components in a photovoltaic (PV) inverter. Typically, the lifetime of a DC-link capacitor is evaluated by considering the voltage and hot-spot temperature of the capacitor under the specific operating condition of the PV inverter. However, the output of the PV inverter is determined by solar irradiation and ambient temperature, which vary with the seasons; accordingly, the hot-spot temperature of the capacitor also changes. Therefore, the mission profile of the PV system should be considered to effectively evaluate the reliability of the DC-link capacitor. In this study, the reliability of the DC-link capacitor of a three-level NPC inverter is comparatively analyzed with and without considering the mission profiles of the PV system, where two mission profiles recorded in Arizona and Iza are considered. The accumulated damage of the DC-link capacitor is calculated based on the lifetime model by analyzing its thermal loading. Afterward, a reliability evaluation of the DC-link capacitor is performed at the component level and then at the system level by considering all capacitors by means of Monte Carlo analysis. Results reveal the importance of performing a mission-profile-based reliability evaluation during the design of high-reliability PV inverters to achieve the target reliability performance.
This paper proposes a nonisolated, bidirectional, soft-switching DC - DC converter with PWM plus phase shift (PPS) control. The proposed converter has an input-parallel/output-series configuration and can achieve the interleaving effect and high voltage gains, resulting in decreased voltage ratings in all related devices. The proposed converter can operate under zero-voltage switching (ZVS) conditions for all switches in continuous conduction mode. The power flow of the proposed converter can be controlled by changing the phase shift angle, and the duty is controlled to balance the voltage of four high voltage side capacitors. The PPS control device of the proposed converter is simple in structure and presents symmetrical switching patterns under a bidirectional power flow. The PPS control also ensures ZVS during charging and discharging at all loads and equalizes the voltage ratings of the output capacitors and switches. To verify the validity of the proposed converter, an experimental investigation of a 2 kW prototype is performed in both charging and discharging modes under different load conditions and a bidirectional power flow.
This paper presents the control algorithm of a single-phase AC/DC/AC PWM converter for the linear compressor of a refrigerator. The AC/DC/AC converter consists of a full-bridge PWM converter for the control of the input power factor and a half-bridge PWM inverter for the control of the single-phase linear compressor. At the DC-link of this topology, two capacitors are connected in series. These DC-link voltages must be balanced for safe operation. Thus, a new control method of DC voltage balancing for the half-bridge PWM inverter is proposed. The balancing algorithm uses the Integral-Proportional controller and inserts the DC-offset current at the Proportional-Resonant current controller of the inverter to solve the DC-link unbalanced voltages between the two capacitors. The proposed algorithm can be easily implemented without much computation and additional hardware circuit. The usefulness of the proposed algorithm is verified through several experiments.
Large aluminium electrolytic capacitors are widely used in inverter systems for smoothing dc-link voltage. If capacitors in dc-link are deteriorated by ageing, dc-link voltage is fluctuated by lessened capacitance and their bodies are heated by raised ESR(equivalent serial resistance) and finally system faults can be occurred. In this paper, on-load ageing test method of electrolytic capacitor in inverter system is proposed and test results are shown.
Electrolytic capacitors are used in variety of equipments as smoothening element of the power converters because it has high capacitance for its size and low price. Electrolytic capacitors, which is most of the time affected by aging effect, plays a very important role for the power electronics system quality and reliability. Therefore it is important to estimate the parameter of an electrolytic capacitor to predict the failure. This objective of this paper is to propose a new method to detect the rise of equivalent series resistor(ESR) in order to realize the online failure prediction of electrolytic capacitor for DC output filter of power converter. The ESR of electrolytic capacitor estimated from RMS result of filtered waveform(BPF) of the ripple capacitor voltage/current. Therefore, the preposed online failure prediction method has the merits of easy ESR computation and circuit simplicity. Simulation and experimental results are shown to verify the performance of the proposed on-line method.
This paper proposes a DC-link voltage variation compensation method for a 3-level single phase converter for high-speed trains. Since 3-level NPC(Neutral Point Clamped) type converters have the split DC-link causing the inherent problem of voltage fluctuations in the upper and lower capacitors, reducing the voltage difference between the top and bottom capacitors is required. In this paper, compensation time proportional to the voltage difference is added to PWM switching time to solve the voltage variation. The compensation time is obtained by a PI controller. Simulation results demonstrate the validity of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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