In this paper, a low-cost single-phase PWM rectifier with small DC-link capacitors is proposed, where a buck-boost converter with a low power rating is added at the DC link. By controlling the auxiliary circuit so as to absorb the voltage ripple in the DC link, the second-order voltage ripple in DC-link capacitor can be reduced significantly. Therefore, a small film capacitor can be utilized to replace the bulky electrolytic capacitors. The simulation results are shown to verify the validity of the proposed method.
This paper proposes a grid-tied photovoltaic (PV) system, consisting of Voltage-fed dual-active-bridge (DAB) dc-dc converter with single phase inverter. The proposed converter allows a small dc-link capacitor, so that system reliability can be improved by replacing electrolytic capacitors with film capacitors. The double line frequency free maximum power point tracking (MPPT) is also realized in the proposed converter by using Ripple Correlation method. First of all, to eliminate the double line frequency ripple which influence the reduction of DC source capacitance, control is developed. Then, a designing of Current control in DQ frame is analyzed and to fulfill the international harmonics standards such as IEEE 519 and P1547, $3^{rd}$ harmonic in the grid is directly compensated by the feedforward terms generated by the PR controller with the grid current in stationary frame to achieve desire Total Harmonic Distortion (THD). 5-kW PV converter and inverter module with a small dc-link film capacitor was built in the laboratory with the proposed control and MPPT algorithm. Experimental results are given to validate the converter performance.
In this paper, a high step-up DC-DC PWM converter with continuous input current and low voltage stress is presented for renewable energy application. The proposed converter is composed of a boost converter integrated with an auxiliary step-up circuit. The auxiliary circuit uses an additional coupled inductor and a balancing capacitor with voltage doubler and switching capacitor technique to achieve high step-up voltage gain with an appropriate switch duty cycle. The switched capacitors are charged in parallel and discharged in series by the coupled inductor, stacking on the output capacitor. In the proposed converter, the voltage stress on the main switch is clamped, so a low voltage switch with low ON resistance can be used to reduce the conduction loss which results in the efficiency improvement. A detailed discussion on the operating principle and steady-state analyses are presented in the paper. To justify the theoretical analysis, experimental results of a 200W 40/400V prototype is presented. In addition, the conducted electromagnetic emissions are measured which shows a good EMC performance.
In this study a new high step-up dc-dc converter is presented. The operation of the proposed converter is based on the capacitor switching and coupled inductor with a single active power switch in its structure. A passive voltage clamp circuit with two capacitors and two diodes is used in the proposed converter for elevating the converter's voltage gain with the recovered energy of the leakage inductor, and for lowering the voltage stress on the power switch. A switch with a low $R_{DS}$ (on) can be adopted to reduce conduction losses. In the generalized mode of the proposed converter, to reach a desired voltage gain, capacitor stages with parallel charge and series discharge techniques are extended from both sides of secondary side of the coupled inductor. The proposed converter has the ability to alleviate the reverse recovery problem of diodes with circuit parameters. The operating principle and steady-states analyses are discussed in detail. A 40W prototype of the proposed converter is implemented in the laboratory to verify its operation.
Ahmed Tarek;Chandhaket Srawouth;Nakaoka Mutsuo;Jung Song Hwa;Lee Hyun-Woo
Journal of Power Electronics
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v.4
no.4
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pp.237-245
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2004
In this paper, a two-switch high frequency flyback transformer linked zero voltage soft switching PWM DC-DC power converter implemented for distributed DC- feeding power conditioning supplies is proposed and discussed. This switch mode power converter circuit is mainly based on two main active power semiconductor switches and a main flyback high frequency transformer linked DC-DC converter in which, two passive lossless quasi-resonant snubbers with pulse current regeneration loops for energy recovery to the DC supply voltages composed of a three winding auxiliary high frequency pulse transformer, auxiliary capacitors and auxiliary diodes for inductive energy recovery discharge blocking due to snubber capacitors are introduced to achieve zero voltage soft switching from light to full load conditions. It is clarified that the passive resonant snubber-assisted soft switching PWM DC-DC power converter has some advantages such as simple circuit configuration, low cost, simple control scheme, high efficiency and lowered noises due to the soft switching commutation. Its operating principle is also described using each mode equivalent circuit. To determine the optimum resonant snubber circuit parameters, some practical design considerations are discussed and evaluated in this paper. Moreover, through experimentation the practical effectiveness of the proposed soft switching PWM DC-DC power converter using IGBTs is evaluated and compared with a hard switching PWM DC-DC power converter.
Multilayer capacitors with high ripple current and high capacitance were manufactured. The electrical properties of these capacitors were characterized for potential application for DC-link capacitors in hybrid electric vehicle inverters. Internal electrode structures were designed to achieve high capacitance and reliability. A single multilayer capacitor showed $0.46{\mu}F/cm^3$ of capacitance, 0.65% of dielectric loss, and 1450 V to 1650 V of dielectric breakdown voltage depending on the design of the internal electrode. The capacitor module designed with several multilayer capacitors gave a total capacitance of $450{\mu}F$, which is enough for hybrid electric vehicles. In particular, an equivalent series resistance of $4.5m{\Omega}$ or less will result in 60 $A_{rms}$, thereby reaching the allowed ripple current for hybrid electric vehicles.
Multilevel active neutral-point-clamped (ANPC) converter combines the advantages of three-level ANPC converter and multilevel flying capacitor (FC) converter. However, multilevel ANPC converter often suffers from capacitor voltage balancing problems. In order to solve the capacitor voltage balancing problems for five-level ANPC converter, phase-shifted pulse width modulation (PS-PWM) is used, which generally provides natural voltage balancing ability. However, the natural voltage balancing ability depends on the load conditions and converter parameters. In order to eliminate voltage deviations under steady-state and dynamic conditions, the active voltage-balancing control (AVBC) methods of floating capacitors and dc-link capacitors based on PS-PWM are proposed. First, the neutral-point current is regulated to balance the neutral-point voltage by injecting zero-sequence voltage. After that, the duty cycles of the redundant switch combinations are adjusted to balance the floating-capacitor voltages by introducing moderating variables for each of the phases. Finally, the effectiveness of the proposed AVBC methods is verified by experimental results.
Woo-Hyun Lee;Gyang-Cheol Song;Jun-Jae An;Seong-Mi Park;Sung-Jun Park
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.6_2
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pp.1117-1125
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2023
The DC part of the DC microgrid power conversion system uses capacitors for buffers of charge and discharge energy for smoothing voltage and plays important roles such as high frequency component absorption, power balancing, and voltage ripple reduction. The capacitor uses an aluminum electrolytic capacitor, which has advantages of capacity, low price, and relatively fast charging/discharging characteristics. Aluminum electrolytic capacitors(AEC) have previous advantages, but over time, the capacity of the capacitors decreases due to deterioration and an increase in internal temperature, resulting in a decrease in use efficiency or an accident such as steam extraction due to electrolyte evaporation. It is necessary to take measures to prevent accidents because the failure diagnosis and detection of such capacitors are a very important part of the long-term operation, safety of use, and reliability of the power conversion system because the failure of the capacitor leads to not only a single problem but also a short circuit accident of the power conversion system.
A novel three-phase four-wire inverter topology is presented in this paper. This topology is equipped with a special capacitor balance grid without magnetic saturation. In response to unbalanced load and unequal split DC-link capacitors problems, a qusi-full-bridge DC/DC topology is applied in the balance grid. By using a high-frequency transformer, the energy transfer within the two split dc-link capacitors is realized. The novel topology makes the voltage across two split dc-link capacitors balanced so that the neutral point voltage ripple is inhibited. Under the condition of a stable neutral point voltage, the three-phase four-wire inverter can be equivalent to three independent single phase inverters. As a result, the three-phase inverter can produce symmetrical voltage waves with an unbalanced load. To avoid forward transformer magnetic saturation, the voltages of the primary and secondary windings are controlled to reverse once during each switching period. Furthermore, an improved mode chosen operating principle for this novel topology is designed and analyzed in detail. The simulated results verified the feasibility of this topology and an experimental inverter has been built to test the power quality produced by this topology. Finally, simulation results verify that the novel topology can effectively improve the inhibition of an inverter with a three-phase unbalanced load while decreasing the value of the split capacitor.
An effective Carrier-Based PWM scheme that enables the instantaneous quality of each branch point voltage of a diode clamped 4-level inverter to be reduced at a low modulation index is described. This scheme presents a computed zero sequence voltage of PWM by the feedback of both DC-link voltages and load currents. The proposed PWM scheme enables to increase the controllable region of DC-link voltage and makes it possible to operate with small DC-link capacitors. The validity of the proposed PWM scheme is verified by simulation results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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