LCL filters are widely used in high-order harmonics attenuation of output currents in grid-connected inverters. However, output currents of grid-connected inverters with LCL filters can become unstable because of the resonance of the filters. Given that the characteristics of output currents in inverters mostly depend on filter performance, the exact analysis of filters by considering parasitic components is necessary for both harmonics attenuation and current control. LCL filters have three or four parasitic components: the series and/or parallel resistance of the filter capacitor and the series resistance of the two filter inductors. Most studies on LCL filters have focused on the parasitic components of the filter capacitor. Although several studies have addressed the parasitic components of the filter inductor at the inverter side, no study has yet investigated the concurrent effects of series resistance in both filter inductors in detail. This paper analyzes LCL filters by considering series resistance in both filter inductors; it proposes an active damping method based on the virtual series resistance of LCL filters. The performance of the proposed active damping is then verified through both simulation and experiment using Hardware-in-the-Loop Simulator(HILS).
Kim, Ho-Yeon;Moon, Eun-A;Lee, Yong-Mi;Choi, Youn-ok
전기전자학회논문지
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제23권3호
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pp.1054-1060
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2019
A extension of the high boost voltage-lift DC-DC converter with large conversion ratio has been proposed in this paper. The proposed extension is combined the switched-inductor cell (SL-cell) and modular voltage cell (MV-cell). The proposed structure can achieve the large voltage conversion without high duty-cycle and the low voltage of the components. Moreover, the PID controller for novel SL-MV voltage-lift DC-DC converter also introduces. This technique a good-performance output voltage can kept constant with an good transient performance when the output load is suddenly changed. In order to prove the theoretical analysis, the experimental setup has been built for the DC load of $150[{\Omega}]$ and $300[{\Omega}]$. In addition, the transient of output voltage has been tested to determine the controller. Experimental results validate the effectiveness of the theoretical analysis proving the satisfactory converter performance.
In this paper, an improved passive snubber is investigated in a single-phase single-stage full-bridge boost power factor correction (PFC) converter, by which the voltage spike across primary side of the power transformer can be suppressed and the absorbed energy can be transferred to the output side. When compared with the basic passive snubber, the two single-inductors are replaced by a coupled-inductor in the improved snubber. As a result, synchronous resonances in the snubber can be achieved, which can avoid the unbalance of the voltage and current in the snubber. The operational principle of the improved passive snubber is analyzed in detail based on a single-phase PFC converter, and the design considerations of both the snubber and the coupled-inductor are given. Finally, a laboratory-made prototype is built, and the experimental results verify the feasibility of the proposed method and the validity of the theoretical analysis and design method.
This paper proposes a two-stage step-down buck and a tapped-inductor boost cascaded converter for high efficiency photovoltaic micro-inverter applications. The proposed inverter is a new structure to inject a rectified sinusoidal current into a low-frequency switching inverter for single-phase grid with unity power factor. To build a rectified-waveform of the output current. the converter employs both of a high efficiency step-up and a step-down converter in cascade. In step-down mode, tapped inductor(TI) boost converter stops and the buck converter operates alone. In boost mode, the TI converter operates with the halt of buck operation. The converter provides a rectified current to low frequency inverter, then the inverter converts the current into a unity power-factor sinusoidal waveform. By applying a TI, the converter can decrease the turn-on ratios of the main switch in TI boost converter even with an extreme step-up operation. The performance validation of the proposed design is confirmed by an experimental results of a 120W hardware prototype.
A grid-connected inverter used for renewable energy resources produces harmonic components in the switching frequency. To effectively reduce switching harmonic components, several types of filter are generally used in the output stage of the grid-connected inverter. Many research works on LCL filter design have been done to maintain the performance with low cost. However, it is not easy to make the filter design be economical and optimal due to the varying characteristic of magnetic core and redundancy design by experience. In this paper, a design method for a LCL filter is presented through the inductor optimization scheme in view of the size and cost when the inductor is manufactured using the magnetic core. The effectiveness is verified through tests using a 3kW grid-connected inverter by simulations and experiments.
This paper presents a wide-band fine-resolution digitally controlled oscillator (DCO) with an active inductor using an automatic three-step coarse and gain tuning loop. To control the frequency of the DCO, the transconductance of the active inductor is tuned digitally. To cover the wide tuning range, a three-step coarse tuning scheme is used. In addition, the DCO gain needs to be calibrated digitally to compensate for gain variations. The DCO tuning range is 58% at 2.4 GHz, and the power consumption is 6.6 mW from a 1.2 V supply voltage. An effective frequency resolution is 0.14 kHz. The phase noise of the DCO output at 2.4 GHz is -120.67 dBc/Hz at 1 MHz offset.
This paper presents a single switch, high step-up, non-isolated dc-dc converter suitable for renewable energy applications. The proposed converter is composed of a coupled inductor, a passive clamp circuit, a switched capacitor and voltage lift circuits. The passive clamp recovers the leakage inductance energy of the coupled inductor and limits the voltage spike on the switch. The configuration of the passive clamp and switched capacitor circuit increases the voltage gain. A wide continuous conduction mode (CCM) operation range, a low turn ratio for the coupled inductor, low voltage stress on the switch, switch turn on under almost zero current switching (ZCS), low voltage stress on the diodes, leakage inductance energy recovery, high efficiency and a high voltage gain without a large duty cycle are the benefits of this converter. The steady state operation of the converter in the continuous conduction mode (CCM) and discontinuous conduction mode (DCM) is discussed and analyzed. A 200W prototype converter with a 28V input and a 380V output voltage is implemented and tested to verify the theoretical analysis.
Large-scale power converters consist of series or parallel module combinations. In these modular converter systems, the interleaving technique can be applied to improve capacitor reliability by reducing the ripple of the I/O current in which each module operates as a phase difference. However, when applying the interleaving technique for conventional three-level boost converters, the short-circuit period of the converter can be an obstacle. Such problem is caused by the absence of a low-level inductor of the conventional three-level boost converter. To solve this problem, a three-level boost converter with a low-level inductor is proposed and analyzed to enable interleaved operation. In the proposed circuit, the current ripple of the output capacitor depends on the neutral point connections between the modules. In this study, the ripple current is analyzed by the neutral point connections of the three-level boost converter that has a low-level inductor, and the effectiveness of the proposed circuit is proven by simulation and experiment.
Operation of the interleaved Boost PFC converter in Critical Conduction Mode (CrM) shows the advantages of high efficiency and good EMI characteristics owing to the valley switching of FET. However, when it is designed for a highly pulsating load, operation at a relatively high frequency is inevitable at non-pulsating typical load condition, resulting in efficiency degradation. Moreover, the physical size of the inductor becomes problematic because of the nature of the CrM operation, where the inductor peak current is about two times the inductor average current, thereby requiring high DC-bias characteristics, which is worse when the output power is high. In this study, a new parallel driving method of two sets of interleaved boost PFC converters for highly pulsating high-power application is proposed. The proposed method does not require any additional load-sharing controller, resulting in high efficiency and smaller inductor size.
In the design of battery chargers, limiting the output ripple current according to the manufacturer's recommendation is important for reliable service and extended battery life. Ripple components can cause internal heating of the battery and thus reduce the service life of the battery. Care must be exerted in the design of the switching converter for the charge application through the accurate estimation of the output current ripple value. This study proposes a method to reduce the output current ripple of the converter and presents a detailed analysis of the output current ripple of the DC-DC boost converter to provide a guideline for the design of the battery charger.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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