• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.11-12
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• 2014

This paper introduces a scaled hardware model for the 10kVA, 1kV, 11-level MMC (Modular Multilevel Converter), which was manufactured in the lab based on computer simulations with PSCAD/EMTDC. Various experiments were conducted to verify the major operation algorithms of MMC. The hardware scaled-model developed in the lab can be utilized for analyzing the operation analysis and performance evaluation of MMC according to the modulation pattern and redundancy operation scheme.

• Journal of Power Electronics
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• 제16권2호
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• pp.522-531
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• 2016

This paper proposes a new NLC (Nearest Level Control) scheme for MMCs (Modular Multilevel Converters), which offers voltage ripple reductions in the DC capacitor of the SM (Sub-Module), the output voltage harmonics, and the switching losses. The feasibility of the proposed NLC was verified through computer simulations. Based on these simulation results, a hardware prototype of a 10kVA, DC-1000V MMC was manufactured in the lab. Experiments were conducted to verify the feasibility of the proposed NLC in an actual hardware environment. The experimental results were consistent with the results obtained from the computer simulations.

• Journal of Power Electronics
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• 제11권4호
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• pp.591-598
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• 2011

This paper investigates a power supply of medium voltage with enhanced ignition characteristics for plasma torches. A series resonant half-bridge topology is presented as a suitable ignition circuitry. The ignition circuitry is integrated into the main power conversion system of a multi-phase staggered three-level dc-dc converter with a diode front-end rectifier. A plasma torch rated at 3MW, 2kA and having a physical size of 1m is selected to be the high enthalpy source for a waste disposal system. The steady-state and transient operations of a plasma torch are simulated. The parameters of a Cassie-Mary arc model are calculated based on 3D magneto-hydrodynamic simulations. The circuit simulation waveform shows that the ripple of the arc current can be maintained within ${\pm}10%$ of its rated value under the presence of a load disturbance. This power conversion configuration provides a high enough ignition voltage, around 5KA, during the ignition phase and high arc stability under the existence of arc disturbance noise resulting in a high-performance plasma torch system.

• 전기전자학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.1006-1011
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• 2018

본 논문은 멀티비트 플라잉 커패시터의 전압제어를 이용한 3-레벨 벅 변환기를 제안한다. 기존의 3-레벨 벅 변환기는 플라잉 커패시터 전압을 제어하지 못하여 동작이 불안정하거나 플라잉 커패시터 전압을 제어하는 회로가 PWM방식에 적용되지 못하는 문제가 있었다. 또한 부하전류에 증가할 때 인덕터 전압에 오차가 발생하였다. 본 논문에서 제안하는 구조는 입력이 4개인 차동증폭기와 공통모드 피드백 회로를 이용하여 PWM모드에서 플라잉 커패시터 전압을 제어할 수 있다. 또한 3비트 플라잉 커패시터 전압 제어회로를 제안하여 부하전류에 따른 3-레벨 벅 변환기의 동작을 최적화할 수 있으며 슈미트 트리거 회로를 이용한 삼각파 생성 회로를 제안하였다. 제안하는 3-레벨 벅 변환기는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계되었으며 2.7~3.6V의 공급 전압 범위와 0.7V~2.4V의 출력 전압 범위를 갖는다. 동작 주파수는 2MHz, 부하전류 범위는 30mA~500mA이며 출력 전압 리플은 최대 32.5mV로 측정되었다. 측정 결과 130mA의 부하전류에서 약 85%의 최대 전력변환 효율을 보인다.

• 한국철도학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.617-628
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• 2016

본 논문은 철도차량의 추진용 유입식 변압기 및 AC/DC 컨버터를 대체하기 위한 지능형 변압기의 구조를 제안한다. 제안된 지능형 변압기는 반도체 스위칭 소자 및 고주파 변압기를 사용한 양방향 전력 변환 컨버터의 형태로써, 기존 변압기에 비해 경량화 되고, 역률 제어 등의 능동적인 제어 성능으로 인해 단상 계통 전원의 효율적인 활용을 가능하게 한다. 제안하는 지능형 변압기는 60Hz 교류 고전압을 직류 고전압으로 변환하기 위한 정류단으로 Neutral point clamped type 의 H-bridge 컨버터를 여러 개 직렬 연결해 구성했다. 직류로 변환된 입력단 전력은 고주파 변압기와 Neutral point clamped type H-bridge 컨버터 2개로 구성된 Dual-Active-Bridge 컨버터를 이용해 출력측에 필요한 저전압을 공급할 수 있도록 했다. 또한, 본 논문에서는 다수의 컨버터 모듈 내부 직류단 전압을 균형제어하며, 단상 교류 전원에서 직류 출력 전원간의 양방향 전력 제어를 가능하게 하는 제어 알고리즘을 제안한다. 제안한 지능형 변압기의 구조 및 제어 시스템은 75kVA 급 3.3kVrms 입력, 750VDC 출력의 지능형 변압기를 설계 및 회로 시뮬레이션 결과를 통해 검증했다.

• Journal of Power Electronics
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• 제16권2호
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• pp.464-472
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• 2016

This study applies the selective harmonic elimination (SHE) technique to design and operate a regulated AC/DC/AC power supply suitable for maritime military applications and underground trains. The input is a single 50/60 Hz AC voltage, and the output is a 400 Hz regulated voltage. The switching angles for a multi-level inverter and transformer turns ratio are determined to operate with special connected transformers with equal power ratings and produce an almost sinusoidal current. As a result of its capability of directly controlling harmonics, the SHE technique is applicable to apparatus with congenital immunity to specific harmonics, such as series-connected transformers, which are specially designed to equally share the total load power. In the present work, a single-phase 50/60 Hz input source is rectified via a semi-controlled bridge rectifier to control DC voltage levels and thereby regulate the output load voltage at a constant level. The DC-rectified voltage then supplies six single-phase quazi-square H-bridge inverters, each of which supplies the primary of a single-phase transformer. The secondaries of the six transformers are connected in series. Through off-line calculation, the switching angles of the six inverters and the turns ratios of the six transformers are designed to ensure equal power distribution for the transformers. The SHE technique is also employed to eliminate the higher-order harmonics of the output voltage. A digital implementation is carried out to determine the switching angles. Theoretical results are demonstrated, and a scaled-down experimental 600 VA prototype is built to verify the validity of the proposed system.

• 전기전자학회논문지
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• 제13권1호
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• pp.77-86
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• 2009

본 논문에서 이식형 심장 박동 조율기를 위한 심전도 검출기와 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 설계한다. 제안한 웨이블렛 심전도 검출기는 웨이블렛 필터 뱅크 구조의 웨이블렛 변조기, 웨이블렛 합성된 심전도 신호의 가설 검정을 통한 QRS 신호 검출기와 0-교차점을 이용한 잡음 검출기로 구성된다. 저전력 소모의 동작을 유지하며 보다 높은 검출 정확도를 갖는 심전도 검출기의 구현을 위해, 다중스케일 곱의 알고리즘과 적응형의 임계값을 갖는 알고리즘을 사용하였다. 또한 심전도 검출기의 입력단에 위치하는 저전력 Successive Approximation Register ADC의 구현을 위해, 신호 변환의 주기 중, 매우 짧은 시간 동안에만 동작하는 비교기와 수동 소자로 구성되는 Sample&Hold를 사용하였다. 제안한 회로는 표준 CMOS $0.35{\mu}m$ 공정을 사용하여 집적 및 제작되었고, 99.32%의 높은 검출 정확도와 3V의 전원 전압에서 $19.02{\mu}W$의 매우 낮은 전력 소모를 갖는 것을 실험을 통해 확인하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제23권5호
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• pp.359-365
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• 2018

This study introduces a model predictive control method for controlling a cascaded flying capacitor multilevel rectifier used as an AC-DC rectifier of a solid-state transformer for DC distribution systems. The proposed method reduces the number of states that need to be considered in model predictive control by separately controlling input current, output DC link voltage, and flying capacitor voltage. Thus, calculation time is shortened to facilitate the level expansion of the cascaded flying capacitor multilevel rectifier. The selection of weighting factors did not present difficulties because the weighting factors in the cost function of the conventional model predictive control are not used. The effectiveness of the proposed method is verified through computer simulation using powersim and experiment.

• 전력전자학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.26-36
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• 2013

This paper presents a simple and cost-effective stand-alone rapid battery charging system of 30kW for electric vehicles. The proposed system mainly consists of active front-end rectifier of neutral point clamped 3-level type and non-isolated bi-directional dc-dc converter of multi-phase interleaved half-bridge topology. The charging system is designed to operate for both lithium-polymer and lithium-ion batteries. The complete charging sequence is made up of three sub-interval operating modes; pre-charge mode, constant-current mode, and constant-voltage mode. The pre-charge mode employs the stair-case shaped current profile to accomplish shorter charging time while maintaining the reliable operation of the battery. The proposed system is specified to reach the full-charge state within less than 16min for the battery capacity of 8kWh by supplying the charging current of 78A. Owing to the simple and compact power conversion scheme, the proposed solution has superior module-friendly mechanical structure which is absolutely required to realize flexible power expansion capability in a very high-current rapid charging system.

• 전력전자학회논문지
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• 제14권6호
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• pp.514-521
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• 2009

본 논문은 다이오드 클램프형 3-레벨 IGBT 인버터에 적용 가능한 새로운 방식의 과전압 방지 스너버에 관한 것이다. 일반적으로 전력변환장치는 스위칭 소자에 발생하는 과전압을 감소시키기 위해 스너버 회로를 포함하고 있다. 하지만 다이오드 클램프형 멀티레벨 인버터는 스위칭 소자가 직렬로 연결되어 있기 때문에 과전압 방지 스너버를 구성하기 힘든 문제점이 있다. 본 논문에서는 스텝-다운 DC-DC 컨버터에 적용 가능한 과전압 방지 스너버의 특성을 이용하여 다이오드 클램프형 3-레벨 인버터에 과전압 방지 스너버를 구성하려 할 때 발생하는 문제점을 분석하고 분석 결과를 토대로 다이오드 클램프형 3-레벨 인버터에 적용할 수 있는 새로운 구조의 스너버를 제안하였다. 제안한 방식에 대한 특성을 해석하였고, 실험을 통하여 효용성을 입증하였다.