The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.24
no.1
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pp.66-69
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2019
This study proposes a high-efficiency phase-shifted full-bridge (PSFB) converter with a wide input voltage range. The conventional PSFB converter is a useful topology in high-power applications. This converter not only achieves the zero-voltage switching of the primary switches, but also has small RMS current in the primary side. However, because the conventional PSFB converter has large freewheeling current in the primary side when it is designed considering the hold-up time of the converter, such a converter has high conduction loss at the primary switches. To solve this problem, a new PSFB converter is proposed in this study. The experiment is implemented with an input voltage ranging from a 320 V-400 V and an output power specification of 715 W.
본 논문에서는 3.3 [kW] on-board charger (OBC) 용 phasw-shifted full-bridge (PSFB) 컨버터의 고효율 및 고전력 밀도 달성을 위한 스위칭 주파수 설계 방안을 제안한다. 스위칭 주파수에 따라 달라지는 손실 양상 및 전력 밀도에 대해 분석하기 위해 각 스위칭 주파수 별 반도체 소자 손실과 수동 소자 손실을 계산하고, 수동 소자의 부피 변화에 따른 전력밀도 변화를 분석한다. 분석 결과를 바탕으로 고효율 및 고전력밀도 달성을 위한 시스템 설계 포인트를 선정하고 시뮬레이션을 통하여 설계 결과를 검증한다.
Sharath Kumar, P.;Vishwanathan, N.;Bhagwan, K. Murthy
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.10
no.1
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pp.271-279
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2015
Induction cooking application with multiple loads need high power inverters and appropriate control techniques. This paper proposes an inverter configuration with buck-boost converter for multiple load induction cooking application with independent control of each load. It uses one half-bridge for each load. For a given dc supply of $V_{DC}$, one more $V_{DC}$ is derived using buck-boost converter giving $2V_{DC}$ as the input to each half-bridge inverter. Series resonant loads are connected between the centre point of $2V_{DC}$ and each half-bridge. The output voltage across each load is like that of a full-bridge inverter. In the proposed configuration, half of the output power is supplied to each load directly from the source and remaining half of the output power is supplied to each load through buck-boost converter. With buck-boost converter, each half-bridge inverter output power is increased to a full-bridge inverter output power level. Each half-bridge is operated with constant and same switching frequency with asymmetrical duty cycle (ADC) control technique. By ADC, output power of each load is independently controlled. This configuration also offers reduced component count. The proposed inverter configuration is simulated and experimentally verified with two loads. Simulation and experimental results are in good agreement. This configuration can be extended to multiple loads.
The Wheatstone bridge is an important electrical circuit that is widely used to measure extremely small resistance changes in strain gages. The strain gages are attached to the structure or specimen whose deformation is to be detected. The Wheatstone bridge finds one of its major applications in the areas of static and dynamic strength tests for various engineering materials. In the split Hopkinson pressure bar (SHPB) system, for example, the bridge circuit is required to measure the dynamic strains of the incident and transmitted bars along which the stress wave propagates. In this article, the principles of the Wheatstone bridge circuit are in detail explained for easy reference during laboratory experiments associated with rock dynamics. Especially, the circuit arrangements of the quater, half, and full bridges are presented with their basic uses.
Bridges are critical to the civil engineering infrastructure network as they facilitate movement of people, the transportation of goods and services. Given the aging of bridge infrastructure, federal officials mandate visual inspections biennially to identify necessary repair actions which are time, cost, and labor-intensive. Additionally, the expansion joints of bridges are rarely monitored due to cost. However, expansion joints are critical as they absorb movement from thermal effects, loadings strains, impact, abutment settlement, and vehicle motion movement. Thus, the need to monitor bridge expansion joints efficiently, at a low cost, and wirelessly is desired. This paper addresses bridge joint monitoring needs to develop a cost-effective, real-time wireless system that can be validated in a full-scale bridge structure. To this end, a wireless expansion joint monitoring was developed using commercial-off-the-shelf (COTS) sensors. An in-service bridge was selected as a testbed to validate the performance of the developed system compared with traditional displacement sensor, LVDT, temperature and humidity sensors. The short-term monitoring campaign with the wireless sensor system with the internet protocol version 6 over the time slotted channel hopping mode of IEEE 802.15.4e (6TiSCH) network showed reliable results, providing high potential of the developed system for effective joint monitoring at a low cost.
In HVDC systems, the full-bridge submodule increases the number of components compared to the half-bridge submodule, but the failure-rate can be reduced by securing 100 % redundancy. However, full-bridge submodules require more complex control algorithms to ensure the redundancy and to prevent arm-short with sufficient dead-time. To solve this problem, we analyse the failure-rate of the paralleled half-bridge configuration with the same number of components and 100 % redundancy as the full-bridge submodule. The fault tree analysis (FTA) method is applied to the conventional part failure analysis to reflect the operation risk of the submodule, thereby predicting the life-cycle of the submodule more accurately. To verify the validity, the failure-rate results of the proposed FTA based analysis method are compared with the failure rate obtained by the part failure method.
The performance of an isolated high voltage full bridge converter is improved using a voltage doubler. In a conventional high voltage full bridge converter, the diode of the transformer secondary voltage undergoes a voltage spike due to the leakage inductance of the transformer and the resonance occurring with the parasitic capacitance of the diode. In addition, in the phase shift control, conduction loss largely increases from the freewheeling mode because of the circulating current. The efficiency of the converter is thus reduced. However, in the proposed converter, the high voltage dual converter consists of a voltage doubler because the circulating current of the converter is reduced to increase efficiency. On the other hand, in the proposed converter, an input current is distributed when using parallel input / serial output and the output voltage can be doubled. However, the voltages in the 2 serial DC links might be unbalanced due to line impedance, passive and active components impedance, and sensor error. Considering these problems, DC injection is performed due to the complementary operations of half bridge inverters as well as the disadvantage of the unbalance in the DC link. Therefore, the serial output of the converter needs to control the balance of the algorithm. In this paper, the performance of the conventional converter is improved and a balance control algorithm is proposed for the proposed converter. Also, the system of the 1.5[kW] PCS is verified through an experiment examining the operation and stability.
This paper introduces a bidirectional full-bridge converter with new active damp structure. The proposed active damp circuit can damp the oscillating voltage across the rectifier diodes with a smaller voltage stress of the damping capacitor and eliminate the circulating current. In addition, the proposed converter can achieve additional advantages such as nearly ZCS switching for leading-leg switches and no recovery current for rectifier-bridge by the suitable design of the damp capacitor to resonate with leakage inductor. Since the ZVS is achieved for both leading-leg and lagging-leg switches by the magnetizing current of the transformer, it can be achieved regardless of the load variation. A 3.3 kW prototype converter is implemented for vehicle-to-grid (V2G) application and the advantages of the proposed converter are verified by the experiments. The maximum efficiencies of 98.2% and 97.6% have been achieved for the buck mode and boost mode operation, respectively.
This paper presents a novel high frequency transformer linked full-bridge type soft-switching phase-shift PWM control scheme DC-DC power converter, which can be used as power conditioner fur small-scale fuel cell power generation system. Using full-bridge soft-switching DC-DC converter topology makes possible to use low voltage high performance MOSFETs to achieve high efficiency of the power conditioner. A tapped inductor filter is implemented in the proposed soft-switching converter topology to achieve soft-switching PWM constant high frequency operation for a wide load variation range. to minimize circulating and idling currents without using additional resonant circuit and auxiliary power switching devices. The practical effectiveness of the proposed soft-switching DC-DC converter is verified in laboratory level experiment with 1 kW 100kHz breadboard setup using power MOSFETs. Actual efficiency of 94-96$\%$ is obtained for the wide load range
Vortex-induced oscillation is a type of aeroelastic phenomenon, to which extended structures such as long-span bridges are most susceptible. The vortex-induced vibration (VIV) behaviors of a concerned bridge were investigated conventionally in virtue of wind tunnel tests on string-mounted sectional models. This necessitates the building of a linkage between the response of the sectional model and that of the prototype structure. Although many released literatures have related to this issue and provided suggestions, there is a lack of consistency among them. In this study, some theoretical models describing the vortex-induced structural motion, including the linear empirical model, the nonlinear empirical model and the modified (or generalized) nonlinear empirical model, are firstly reviewed. Then, the concept of equivalent mass density is introduced based on the principle that an equal input of energy should result in identical structural amplitudes. Based on these, the theoretical linkages between the amplitude of a section model and that corresponding to the prototype bridge are discussed with different analytical models. Theoretical derivation indicates that such connections are dependent mainly on two factors, one is the presupposed shape of deformation, and the other is the theoretical VIV model employed. The theoretical analysis in this study shows that, in comparison to the nonlinear empirical models, the linear one can result in obvious larger estimations of the full bridges' responses, especially in cases of cable-stayed bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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