Electric vehicles (EV) demands for greater acceleration, performance and vehicle range in pure electric vehicles plus mandated requirements to further reduce emissions in hybrid electric vehicles (HEV) increase the appeal for combined on-board energy storage systems and generators. And the power electronics plays an important role in providing an interface between fuel cells (FC) and loads. This paper deals with a multiple input DC-DC power converter devoted to combine the power flowing of multi-source on energy systems. The multi-source is composed of (i) FC system as a prime power demands, (ii) super capacitor banks as energy storage devices for high and intense power demands, (iii) superconducting magnetic energy storage system (SMES), (iv) multiple input DC-DC power converter and (v) a three phase inverter-fed permanent magnet synchronous motor as a drive. In this system, It is used super capacitor banks and superconducting magnetic energy replaces from the battery system. The modeling and transient performance simulation is effective for reducing transient influence caused by sudden charge of effective load. The main purpose of power electronic converters is to convert the DC power output from the fuel cell and other to a suitable AC voltage, which can be connected to electric loads directly (PMSM). The fuel cell and other output is connected to the DC-DC converter, which regulates the DC link voltage.
A power system designer may have difficulties in choosing a suitable multiple-input converter topology for a specific target application because each multiple-input converter topology presented in the literature has its own advantages and disadvantages. In this perspective, this paper presents a systematic topology selection method for multiple-input converters with three comparison criteria including cost-saving effect, modularity potential and flexibility. Based on these criteria, this paper proposes a strategic flow chart example for choosing a proper multiple-input converter topology. This flow chart will provide a powerful selection tool to a power system designer when he or she chooses a specific multiple-input converter for a given application.
In hybrid renewable power systems, the use of a multiple-input dc/dc converter (MIC) leads to simpler circuit and lower cost, when compared to the conventional use of several single-input converters. This paper proposed a novel three-input buck/boost/buck-boost converter, which can be used in applications with various values of input voltage. The energy sources in this converter can deliver power to the load either simultaneously or individually in one switching period. The steady relationship, the power management strategy and the small-signal circuit model of this converter have been derived. With decoupling technology, modeling and regulator design can be obtained under multi-loop control modes. Finally, three generating methods of a multiple-input buck/boost/buck-boost converter is given, and this method can be extended to the other multiple-input dc/dc converters.
A new multiple-output dc-to-dc converter based on a switched capacitor circuit is proposed. The proposed converter offers multiple outputs that can be individually regulated by a direct output voltage feedback or indirect cross regulations. The performance of the new converter is demonstrated using a 10W experimental converter that delivers 5V/1A output and 3.3V/1A output from a 10∼15V input source.
This paper presents a switched capacitor (SC) based bidirectional dc-dc converter topology for high voltage gain applications. The proposed converter is able to operate with multiple integral voltage conversion ratios based on user input. The architecture of a user-friendly, inductor-less multi-voltage-gain bidirectional dc-dc converter is proposed in this study. The inductor-less or magnetic-less design of the proposed converter makes it effective in higher temperature applications. Furthermore, the proposed converter has a reduced component count and lower voltage stress across its switches and capacitors when compared to existing SC converters. An output impedance analysis of the proposed converter is presented and compared with popular existing SC converters. The proposed converter is simulated in the OrCAD PSpice environment and the obtained results are presented. A 200 W hardware prototype of the proposed SC converter has been developed. Experimental results are presented to validate the efficacy of the proposed converter.
본 논문에서는 입력전압 범위가 향상된 저면적 이중출력 스위치드 커패시터 DC-DC 변환기를 제안하였다. 기존의 스위치드 커패시터는 면적이 작고 저렴하지만, 효율적인 전압변환을 하는 입력전압의 범위가 좁고 다중출력의 경우 면적이 커지고 전력효율이 낮아진다. 제안된 스위치드 커패시터 DC-DC 변환기는 입력전압에 따라 커패시터 어레이 구조를 변경하여 최적의 효율을 갖는 입력 범위를 증가시켰다. 그리고 두 개의 스위치 어레이를 공유함으로써 스위치와 커패시터 수를 32개에서 25개로 줄였다. 제안된 변환기는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정에서 제작하였다. 시뮬레이션 결과 입력전압 범위는 0.7~1.8V이고, 최대 전력 효율은 90%이며, 칩의 면적은 $0.255mm^2$이다.
본 논문은 Buck-Boost DC-DC 변환기를 이용하여 다중 대역으로 존재하는 RF 신호를 수집하여 에너지를 생성하는 에너지 수집 시스템에 대하여 소개한다. 수집된 전기에너지를 사용하는 부하의 저항이 지속적으로 변하는 환경에서는 부하 저항이 변하여도 DC-DC 변환기의 입력저항이 변하지 않는 Buck-Boost DC-DC 변환기를 사용하였다. 입력으로 들어오는 RF 신호의 주파수 대역이 다양하므로 다중대역을 다 처리 할 수 있도록 정류기를 대역별로 설계하고 정류기 앞에 각 대역별로 매칭 회로를 추가하였다. 크기가 매우 작은 RF 신호를 효과적으로 수집하기 위한 정류기를 위하여 각 대역에서 수집하여 발생시킨 전압을 계속 누적하여 축적하는 방법을 고안하여 매우 작은 크기의 입력 신호에도 일정한 전압이 출력되게끔 회로를 설계하였다. 입력이 -20 dBm의 크기를 가진 RF 신호에도 출력 효율이 20% 정도까지 낼 수 있음을 확인하였다.
This paper describes a design of multiple-mode single-output DC/DC converter which can be used in both up and down conversion. Proposed up/down converter does not produce a negative voltage which is generated in conventional buck-boost type converter. Three types of operation mode(up/down/bypass) are controlled by the input voltage sense and command signals of target output voltage. PFM(pulse frequency modulation) control is adopted and modified for fast tracking and for precise output voltage level with an aid of output voltage sense. Designed DC/DC converter has the performance of less than 5 % ripple and higher than 80 % efficiency. Chip area is 3.50 mm ${\times}$ 2.05 mm with standard 0.35 $\mu\textrm{m}$ CMOS technology.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제14권3호
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pp.300-312
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2014
A single-inductor multiple-output (SIMO) DC-DC converter providing buck and boost outputs with a new switching sequence is presented. In the proposed switching sequence, which does not require any additional blocks, input energy is delivered to outputs continuously by flowing current through the inductor, which leads to high conversion efficiency regardless of the balance between the buck and boost output loads. Furthermore, instead of multiple output loop compensation, only the freewheeling current feedback loop is compensated, which minimizes the number of off-chip components and nullifies the need for the equivalent series resistance (ESR) of the output capacitor for loop compensation. Therefore, power conversion efficiency and output voltage ripples can be improved and minimized, respectively. Implemented in a 0.35-${\mu}m$ CMOS, the proposed SIMO DC-DC converter achieves high conversion efficiency regardless of the load balance between the two outputs with maximum efficiency reaching up to 82% under heavy loads.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제14권5호
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pp.549-556
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2014
This paper proposes a highly power-efficient single-inductor multiple-outputs (SIMO) DC-DC converter with a gate charge sharing method in which gate charges of output switches are shared to improve the power efficiency and to reduce the switching power loss. The proposed converter was fabricated by using a $0.18{\mu}m$ CMOS process technology with high voltage devices of 5 V. The input voltage range of the converter is from 2.8 V to 4.2 V, which is based on a single cell lithium-ion battery, and the output voltages are 1.0 V, 1.2 V, 1.8 V, 2.5 V, and 3.3 V. Using the proposed gate charge sharing method, the maximum power efficiency is measured to be 87.2% at the total output current of 450 mA. The measured power efficiency improved by 2.1% compared with that of the SIMO DC-DC converter without the proposed gate charge sharing method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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