This paper presents a high frequency design approach for improving efficiency over a wide load range in the self-driven phase-shifted full-bridge converters for server power systems. In the proposed approach, a detailed ZVS analysis of the lagging leg switches in both the continuous conduction mode (CCM) and the discontinuous conduction mode (DCM) is presented. The optimum dead time and the determination of the appropriate operation mode are given for high efficiency according to the load conditions. Finally, the optimum operation conditions are defined to achieve a high-efficiency. A laboratory prototype operating at 80 kHz, rated 1 kW (12 V-83.3 A), is built to verify proposed theoretical analysis and evaluations. The experimental results show that the maximum efficiency is achieved as 95% and 83.5% at full load and 5% load conditions, respectively.
본 논문에서는 임계 인덕터 전류모드로 동작하는 다상 교호 승압컨버터의 평균 상태방정식을 유도하고, 정상상태 해석 및 소 신호 제어특성을 고찰한다. 또한, 유도된 수식 이론을 근거로, 800W급 2상 교호 승압컨버터를 제작하고, 60인치용 PDP 파워모듈의 PFC 블록에 적용함으로서, 제안된 방식의 실효성을 검증한다.
본 논문에서는 능동 클램프 풀브릿지 Boost 컨버터에 관한 DC 모델링과 AC 모델링 과정에 대하여 기술한다. 동작 원리로부터 이 컨버터의 교류 부분을 등가의 직류 부분으로 바꾸고 반도체 스위치를 재배치하여 개념적인 등가 회로가 유도된다. 유도된 등가회로는 CCM(Continuous conduction mode) Boost 컨버터와 DCM(Discontinuous conduction mode) Buck 컨버터로 표현된다. 유도된 등가회로의 각 스위치 부분을 PWM 스위치 모델로 대체하여 DC 모델 및 AC 모델이 완성된다. 이론적인 DC 및 AC 모델링 결과는 실험이나 SIMPLIS 시뮬레이션을 통해 검증된다.
Interleaving techniques are widely used to reduce input/output ripples and to increase the power capacity of boost converters operating in critical conduction mode. Two types of phase-shift control schemes are studied in this paper, the turn-on time shifting method and the turn-off time shifting method. It is found that although the turn-off time shifting method exhibits better performance, it suffers from sub-harmonic oscillations at high input voltages. To solve this problem, an intensive quantitative analysis of the sub-harmonic oscillation phenomenon is made in this paper. Based upon that, a novel modified turn off time shifting control scheme for interleaved boost converters operating in critical conduction mode is proposed. An important advantage of this scheme is that both the master phase and the slave phase can operate stably in critical conduction mode without any oscillations in the full input voltage range. This method is implemented with a FPGA based digital PWM control platform, and tests were carried out on a two-phase interleaved boost PFC converter prototype. Experimental results demonstrated the feasibility and performance of the proposed phase-shift control scheme.
Recently, an active-clamp, full-bridge boost converter has been actively studied for high-power applications such as power factor correction and battery discharger. However, DC and AC modeling for this converter has not conquered. In this paper, a DC and small-signal AC modeling for the active-clamp, full-bridge boost converter is described. Based on the operation principle, the ac part of the converter can be replaced by a do counterpart. Then, a conceptual equivalent circuit is derived by rearranging the switches. The equivalent circuit for this converter consists of CCM (Continuous conduction mode) boost and DCM (Discontinuous conduction mode) buck converter. The analyses for the equivalent CCM boost and DCM buck converter are done using the model of PWM switch. The theoretical modeling results are confirmed through experiment or SIMPLIS simulation.
DC-DC 위상천이 풀브릿지 컨버터는 경부하 운용시에 영전압 스위칭이 발생하지 않아 큰 스위칭손실이 발생한다. 경부하에서 위상천이 풀브릿지 컨버터의 낮은 효율을 개선하기 위해 DCM (Discontinuous Conduction Mode) 동작을 이용한다. 본 논문은 경부하에서 위상천이 컨버터의 DCM과 CCM (Continuous Conduction Mode) 동작의 특성 및 도통 손실 절감을 위한 동기 정류기의 제어 방법을 이론적으로 분석하고, 시뮬레이션을 통해 검증하였다.
This paper presents the design considerations and analysis for an interleaved boundary conduction mode power factor correction buck converter. A thorough analysis of the harmonic content of the AC line current is presented to examine the allowable voltage gain (K value) for meeting the EN61000-3-2, Class D standard while maximizing efficiency. The results of the harmonic analysis are used to derive the required value of K and therefore the output voltage necessary to meet the class D requirements for a given AC line voltage. The discussed design consideration and harmonic current analysis are verified on a 300W universal line experimental prototype converter with an 80V output. The measured efficiencies remain above 96% down to 20% of the full load. The input current harmonics also meet the IEC61000-3-2 (class D) standard.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제13권4호
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pp.361-366
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2013
A full-range analytic drain current model for depletion-mode long-channel surrounding-gate nanowire field-effect transistor (SGNWFET) is proposed. The model is derived from the solution of the 1-D cylindrical Poisson equation which includes dopant and mobile charges, by using the Pao-Sah gradual channel approximation and the full-depletion approximation. The proposed model captures the phenomenon of the bulk conduction mechanism in all regions of device operation (subthreshold, linear, and saturation regions). It has been shown that the continuous model is in complete agreement with the numerical simulations.
In this paper, an improved full wave mode ZVT-PWM DC-DC Converter is presented to maximize the regeneration ratio of resonant energy by only putting an additional diode in series with auxiliary switch. The operation of auxiliary switch in a half wave mode makes possible the soft switching condition of all switches. Furthermore, the increase of the regeneration ratio to resonant energy results in low conduction losses and minimum voltage and current stresses. The operation principles of the proposed converters are analyzed using the PWM boost converter topology as an example. Theoretically analysis and experimental results verify the validity of the boost converter topology with the proposed full wave mode ZVT-PWM converters
본 논문은 DC/DC 위상천이 풀브릿지 컨버터의 과도상태 개선을 위한 듀얼모드 제어를 제안한다. 기존의 discontinuous conduction mode (DCM)과 continuous conduction mode (CCM)을 이용하여 운용하는 위상천이 풀브릿지 컨버터는 각 모드의 상이한 전압게인의 특성을 고려하지 않아 급격한 로드 변동시 출력 전압의 언더슈트 혹은 오버슈트가 크게 발생한다. 제안하는 듀얼모드 제어는 DCM과 CCM 각 모드 별개로 제어가 적용되고 출력 전류의 변화에 대응하는 적응형 feed-forward 제어가 적용되어 컨버터의 과도상태를 개선할 수 있다. 듀얼모드의 제어 방법의 성능과 타당성을 시뮬레이션을 통해 입증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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