In this paper, a three-phase AC-DC high step-up converter is developed for application to microscale wind-power generation systems. Such an AC-DC boost converter prossessess the property of the single-switch high step-up DC-DC structure. For power factor correction, the advanced half-stage converter is operated under the discontinuous conduction mode (DCM). Simulatanously, to achieve a high step-up voltage gain, the back half-stage functions in the continuous conduction mode (CCM). A high voltage gain can be obtained by use of an output-capacitor mass and a coupled inductor. Compared to the output voltage, the voltage stress is decreased on the switch. To lessen the conducting losses, a low rated voltage and small conductive resistance MOSFETs are adopted. In addition, the coupled inductor retrieves the leakage-inductor energy. The operation principle and steady-state behavior are analyzed, and a prototype hardware circuit is realized to verify the performance of the proposed converter.
본 논문에서는 다수의 고주파 단상 변압기를 사용하여 다수의 독립된 직류 전압원을 만들 수 있는, 여러 다이오드 정류기와 연결된 풀 브릿지 DC-DC 컨버터에 대한 분석 및 제어 기법을 제안한다. 본 토폴로지의 경우 제어 대상인 2차단 직류단이 다수이지만 1차단 스위칭 회로가 하나의 풀 브릿지 회로이기 때문에 2차단 전압의 개별 제어를 위한 자유도가 부족하다. 이에 따라 다수 직류단 전압의 평균 값을 제어하는 방식이 사용된다. 이때, 각 직류단에 다른 용량의 부하가 연결되어 있는 상황에 대하여 상세한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 제시된 토폴로지(Topology)를 하드 스위칭 기반의 DCM(Discontinuous Conduction Mode) 및 CCM(Continuous Conduction Mode) 동작의 경우에 대해 분석한다. 이를 바탕으로, 직류단 전압 제어를 위한 전향 보상 및 안티 와인드업을 포함하는 Integral and Proportional (IP) 제어기를 구성하고, 제어기 이득 및 전향 보상을 수식화 한다. 최종적으로 구해지는 제어기의 전달 함수를 통해, 제어기가 정확하게 설계되었는지 컴퓨터 시뮬레이션으로 검증한다.
This paper presents a novel prototype of the utility AC power interfaced soft-switching sinewave pulse modulated inverter using the high-frequency flyback for the small scale distributed renewable energy power conditioner. The proposed cricuit with a high-frequency isolation link has a funtion of electrical isolation, which is more cost-effective and reliable for the small-scale distributed renwal energy utilization system from a safety point of riew. The discontinuous conduction mode(DCM) operation of the high-frequency flyback transformer is adopted to establish a simple and low-cost circuit configuration and control scheme. For the simplicity, the circuit operating principle is described on the basis of the modified conventional full bridge inverter, whitch is the typical conventional high-frequency full-bridge inverter employing the high requency flyback transformer to eanble the effictive function of the electrical isolation. Than, the new circuit topology of the unility-interfaced soft-switching sinewave pulse modulated inverter using IGBTs is proposed. The proposed cricuit topology is additionally composed of the auxiliary power regenerating snubber cricuits, which are also mathematically analyzed for the parameter desigen settings. Finally, the performance of the propose inverter is evaluated on the basis of computer-aid simulation. It is noted that the sinewave pulse modulated output current of the inverter is synchronous to the AC main voltage.
By using fractional calculus and the circuit-averaging technique, the modeling and analysis of a Buck converter with fractional order inductor and fractional order capacitor in discontinuous conduction mode (DCM) operations is investigated in this study. The equivalent averaged circuit model of the fractional order Buck converter in DCM operations is established. DC analysis is conducted by using the derived DC equivalent circuit model. The transfer functions from the input voltage to the output voltage, the duty cycle to the output voltage, the input impedance, and the output impedance of the fractional order Buck converter in DCM operations are derived from the corresponding AC-equivalent circuit model. Results show that the DC equilibrium point, voltage ratio, and all derived transfer functions of the fractional order Buck converter in DCM operations are affected by the inductor order and/or capacitor order. The fractional order inductor and fractional order capacitor are designed, and PSIM simulations are performed to confirm the correctness of the derivations and theoretical analysis.
Journal of Satellite, Information and Communications
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v.9
no.3
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pp.86-90
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2014
A DC-DC Converter operates in CCM(Continuous Coundcution Mode), DCM(Discontinuous Conduction Mode), CRM(Critical Conduction Mode). The CRM is boundary between CCM and DCM. If a DC-DC converter is designed to operate in CRM, its inductor volume can decrease and power loss which caused by switch and diode can decrease. In this paper, the DC-DC converter which operates in CRM is applied to a solar array regulator(SAR) for the satellite. The switching frequency of the CRM boost SAR changes according to input and output condition. The switching frequency limit logic is applied to limit the maximum switching frequency. Meanwhile, the small signal transfer function of the CRM boost SAR is simple, so the controller design is also simple. In this paper, the small signal transfer function from control reference to solar array voltage is induced. And the voltage controller is designed based on the small signal transfer function. Finally, the CRM boost SAR is verified by simulation.
This paper presents a single switch, high step-up, non-isolated dc-dc converter suitable for renewable energy applications. The proposed converter is composed of a coupled inductor, a passive clamp circuit, a switched capacitor and voltage lift circuits. The passive clamp recovers the leakage inductance energy of the coupled inductor and limits the voltage spike on the switch. The configuration of the passive clamp and switched capacitor circuit increases the voltage gain. A wide continuous conduction mode (CCM) operation range, a low turn ratio for the coupled inductor, low voltage stress on the switch, switch turn on under almost zero current switching (ZCS), low voltage stress on the diodes, leakage inductance energy recovery, high efficiency and a high voltage gain without a large duty cycle are the benefits of this converter. The steady state operation of the converter in the continuous conduction mode (CCM) and discontinuous conduction mode (DCM) is discussed and analyzed. A 200W prototype converter with a 28V input and a 380V output voltage is implemented and tested to verify the theoretical analysis.
This paper presents a current sensorless maximum power point tracking (MPPT) control method for dual-mode photovoltaic (PV) module-type interleaved flyback inverters (ILFIs). This system, called the MIC (Module Integrated Converter), has been recently studied in small PV power generation systems. Because the MIC is an inverter connected to one or two PV arrays, the power system is not affected by problems with other inverters. However, since the each PV array requires an inverter, there is a disadvantage that the initial installation cost is increased. To overcome this disadvantage, this paper uses a flyback inverter topology. A flyback inverter topology has an advantage in terms of cost because it uses fewer parts than the other transformer inverter topologies. The MPPT control method is essential in PV power generation systems. For the MPPT control method, expensive dc voltage and current sensors are used in the MIC system. In this paper, a MPPT control method without current sensor where the input current is calculated by a simple equation is proposed. This paper also deals with dual-mode control. Simulations and experiments are carried out to verify the performance and effectiveness of the proposed current sensorless MPPT control method on a 110 [W] prototype.
This paper presents an IHQRR (Integrated High Quality Rectifier Regulator) BIFRED (Boost Integrated Flyback Rectifier Energy Storage DC-DC) converter fed BLDC (Brushless DC) motor drive. A reduced sensor topology is derived by utilizing a BIFRED converter to operate in a dual DCM (Discontinuous Conduction Mode) thus utilizing a voltage follower approach for the PFC (Power Factor Correction) and voltage control. A new approach for speed control is proposed using a single voltage sensor. The speed of the BLDC motor drive is controlled by varying the DC link voltage of the front end converter. Moreover, fundamental frequency switching of the VSI's (Voltage Source Inverter) switches is used for the electronic commutation of the BLDC motor which reduces the switching losses in the VSI. The proposed drive is designed for a wide range of speed control with an improved power quality at the AC mains which falls within the recommended limits imposed by international power quality standards such as IEC 61000-3-2.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.3
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pp.560-565
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2011
This paper proposes the design of micro energy harvesting system by using thermoplastic polyurethane(TPU), which harvests electric energy from the kinetic energy of pedestrian and drives the desired load, and applied it to the self-generating shoes. Also, we designed the buck-boost converter in discontinuous conduction mode(DCM) which functions as a resistor emulator(RE) such that converter's average input current is proportional to input voltage, and it results in transfer of maximum power to buck-boost converter according to control behavior that converter's input resistance is matched with TPU's internal resistance. Therefore, this paper confirms the validity of proposed control scheme and possibility of application for self-generating shoes, from the obtained characteristic of designed micro energy harvesting system by using a TPU and buck-boost converter in DCM.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.54
no.12
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pp.622-628
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2005
This paper is given a full detail of mathematical analyses of input current and output voltage for a novel active type power factor correction (PFC) converter. These are compared with harmonics components of input current for a conventional PFC converter. The proposed PFC converter is constructed in using a new loss-less snubber circuit to achieve a soft switching of control device. Also the proposed converter for discontinuous conduction mode (DCM) eliminates the complicated circuit control requirement and reduces the size of components. The input current waveform in the proposed converter is got to be a sinusoidal form of discontinuous pulse in proportion to magnitude of ac input voltage under the constant duty cycle switching. Therefore, input power factor is nearly unity and the control method is simple. Particularly, the stored energy of loss-less snubber capacitor is recovered with input side and increases input current from resonant operation. The result is that input power factor of the proposed converter is higher than that of conventional PFC converter. Some simulative results on computer and experimental results are included to confirm the validity of the analytical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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