A soft switching converter with wide voltage range operation is investigated in this paper. A series resonant converter is implemented to achieve a high circuit efficiency with soft switching characteristics on power switches and rectifier diodes. To improve the weakness of the narrow voltage range in LLC converters, an alternating current (ac) power switch is used on the primary side to select a half-bridge or full-bridge resonant circuit to implement 4:1 voltage range operation. On the secondary-side, another ac power switch is adopted to select a full-wave rectifier or voltage-doubler rectifier to achiever an additional 2:1 output voltage range. Therefore, the proposed resonant converter has the capacity for 8:1 (320V~40V) wide output voltage operation. A single-stage hybrid resonant converter is employed in the study circuit instead of a two-stage dc converter to achiever wide voltage range operation. As a result, the study converter has better converter efficiency. The theoretical analysis and circuit characteristics are verified by experiments with a prototype circuit.
A hybrid converter for the on-board charger consisting of a soft switching full bridge (SSFB) and a half bridge (HB) LLC resonant converter is proposed. The proposed topology adopts an additional switch and a diode at the secondary side of SSFB converter to guarantee the wide ZVS range of primary side switches and to eliminate the circulating current. The output voltage is regulated by controlling the duty cycle of secondary side switch. The effectiveness of the proposed converter was experimentally verified using a 10-kW prototype circuit. The experimental results show 96.8% peak efficiency.
최근 양산되고 있는 하이브리드 전기자동차에 비해서 연비를 좀 더 개선하기 위한 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 논문에서는 플러그인 하이브리드 전기자동차를 위한 고효율의 탑재형 충전기(on-board charger)에 대해서 연구한다. 탑재형 충전기는 2상 인터리브드 PFC 회로와 LLC 공진형 컨버터로 구성된다. LLC 공진형 컨버터의 새로운 설계절차를 본 논문에서 제안한다. 이는 매우 쉽고 강력한 방법이다. 위에서 언급한 내용을 확인하기 위해서 LLC 공진형 컨버터를 설계하고 PSIM 툴을 이용하여 테스트한다.
In this paper, a resonant pulse power converter (RPPC) is proposed. The proposed RPPC transfers the pulse-shape power from a DC source to a load periodically. The RPPC consists of a resonant circuit and a resonant pulse converter driven by a self-switching circuit. Depending on the magnitude difference between the input and output voltages, the operations of the RPPC are divided into 4 modes; boost mode, hybrid mode, direct mode and cut-off mode, respectively. The main switch of the RPPC turns on in the ZCS condition and off in the ZVS condition spontaneously. The operational principles of a RPPC using the self-switching technique are analyzed and verified in experiments. An example of a RPPC application is demonstrated in the area of thermoelectric energy harvesting.
A new parallel hybrid soft switching converter with low circulating current losses during the freewheeling state and a low output current ripple is presented in this paper. Two circuit modules are connected in parallel using the interleaved pulse-width modulation scheme to provide more power to the output load and to reduce the output current ripple. Each circuit module includes a three-level converter and a half-bridge converter sharing the same lagging-leg switches. A resonant capacitor is adopted on the primary side of the three-level converter to reduce the circulating current to zero in the freewheeling state. Thus, the high circulating current loss in conventional three-level converters is alleviated. A half-bridge converter is adopted to extend the ZVS range. Therefore, the lagging-leg switches can be turned on under zero voltage switching from light load to full load conditions. The secondary windings of the two converters are connected in series so that the rectified voltage is positive instead of zero during the freewheeling interval. Hence, the output inductance of the three-level converter can be reduced. The circuit configuration, operation principles and circuit characteristics are presented in detail. Experiments based on a 1920W prototype are provided to verify the effectiveness of the proposed converter.
The aim of this paper is to propose a design method for the double-sided LCC compensation circuit for 6.6kW electric vehicle (EVs) wireless charger. The analysis and comparison with several compensation topologies such as SS, SP, PS, PP and the hybrid LCC compensation is presented. It has been found that the hybrid LCC compensation has superior performance in comparison with other topologies. The design procedure for the EV charger is presented and the PSIM simulation results are provided.
This paper presents a new hybrid soft switching dc-dc converter with a low circulating current and high circuit efficiency. The proposed hybrid converter includes two sub-converters sharing two power switches. One is a three-level PWM converter and the other is a LLC converter. The LLC converter and the three-level converter share the lagging-leg switches and extend the zero-voltage switching (ZVS) range of the lagging-leg switches from nearly zero to full load since the LLC converter can be operated at fsw (switching frequency) $\approx$ fr (series resonant frequency). A passive snubber is used on the secondary side of the three-level converter to decrease the circulating current on the primary side, especially at high input voltage and full load conditions. Thus, the conduction losses due to the circulating current are reduced. The output sides of the two converters are connected in series. Energy can be transferred from the input voltage to the output load within the whole switching period. Finally, the effectiveness of the proposed converter is verified by experiments with a 1.44kW prototype circuit.
In this paper, a constant frequency phase shifting PWM-controlled voltage source full bridge-type series load resonant high-frequency inverter using the $4^{th}$ generation IGBT power modules is presented for innovative consumer electromagnetic induction heating applications, such as a hot water producer, steamer and super heated steamer. The bridge arm side link passive capacitive snubbers in parallel with each power semiconductor device and AC load side linked active edge inductive snubber-assisted series load resonant tank soft switching inverter with a constant frequency phase shifted PWM control scheme is evaluated and discussed on the basis of the simulation and experimental results. It is proved from a practical point of view that the series load resonant and edge resonant hybrid high-frequency inverter topology, what is called, DE class type, including the variable-power variable-frequency regulation function can expand zero voltage soft switching commutation area even under low output power setting ranges, which is more suitable and acceptable for newly developed induction heated dual pack fluid heaters. Furthermore, even the lower output power regulation mode of this high-frequency load resonant tank inverter circuit is verified so that this inverter can achieve ZVS with the aid of the single auxiliary inductor snubber.
In this paper, a constant frequency phase shifting PWM controlled voltage source full bridge-type series load resonant high-frequency inverter using the IGBT power modules is presented for innovative consumer electromagnetic induction heating applications such as a hot water producer, steamer and super heated steamer. The full bridge arm side link passive quasi-resonant capacitor snubbers in parallel with the each power semiconductor device and high frequency AC load side linked active edge inductive snubber-assisted series load resonant tank soft switching inverter with a constant frequency phase shifted PWM control scheme is discussed and evaluated on the basis of the simulation and experimental results. It is proved from a practical point of view that the series load resonant and edge resonant hybrid high-frequency soft switching PWM inverter topology, what is called class DE type. including the variable-power variable-frequency(VPVF) regulation function can expand zero voltage soft switching commutation range even under low output power setting ranges, which is more suitable and acceptable for induction heated dual packs fluid heater developed newly for consumer power utilizations. Furthermore, even in the lower output power regulation mode of this high-frequency load resonant tank high frequency inverter circuit it is verified that this inverter can achieve ZVS with the aid of the single auxiliary inductor snubber.
A bridgeless single-stage AC-DC converter for wireless power charging systems is proposed. This converter is composed of a PFC stage and a three-level hybrid DC-DC stage. The proposed converter can control the wide output voltage (200-450 VDC) by the variable link voltage and the pulse-width voltage applied to the primary resonant circuit due to the phase-shifted modulation at a fixed switching frequency. Moreover, the input power factor and the total harmonic distortion can be improved by using the proposed converter. A 1 kW prototype was fabricated and validated through experimental results and analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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