In this paper, an extended switched-inductor quasi-Z-source inverter (ESL-qZSI) with high boost voltage inversion ability is presented, which combines the SL-qZSI with the traditional boost converter, as well as improves the switched-inductor cell. Compared with the classic qZSI topologies, the proposed topology reduces the voltage stresses of capacitors, power devices and diodes for the same input and output voltage. Furthermore, the conversion efficiency is improved. The operation principle of the proposed topology is analyzed in details, which is followed by the comparison between the three topologies. In addition, the performance of the proposed topology is verified by simulations and experiments.
CMOS 기반의 고주파 집적회로에서는 높은 이득과 출력을 얻기 위하여 인덕터와 같은 수동소자를 사용한다. 그러나 수동소자를 사용하게 되면 넓은 면적을 차지하기 때문에 회로의 크기를 증가시키는 단점을 갖는다. 본 논문에서는 PMOS 를 기반으로 구현한 active inductor 를 적용하여 회로의 면적을 줄일 수 있으며, 기존의 주파수 변환기와 동등한 선형 특성을 갖는 상향 주파수 변환기를 설계하였다. 인덕터를 적용한 상향 주파수 변환기의 OIP3 ($3^{rd}$ Output Intercept Point)는 1.3 dBm 을 가지며, 제안한 상향 주파수 변환기의 OIP3 는 0.8 dBm 으로 동등한 선형 특성을 보이며, layout 상에서 회로의 면적을 40 % 이상 감소하는 특성의 선형 송신기용 주파수 변환기를 설계 분석하였다.
Digital current control techniques are an attractive option for DC-DC converters. In this paper, a digital predictive peak current control algorithm is presented for buck converters that allows the inductor current to track the reference current in two switching cycles. This control algorithm predicts the inductor current in a future period by sampling the input voltage, output voltage and inductor current of the current period, which overcomes the problem of hardware periodic delay. Under the premise of ensuring the stability of the system, the response speed is greatly improved. A real-time parameter identification method is also proposed to obtain the precision coefficient of the control algorithm when the inductance is changed. The combination of the two algorithms achieves adaptive tracking of the peak inductor current. The performance of the proposed algorithms is verified using simulations and experimental results. In addition, its performance is compared with that of a conventional proportional-integral (PI) algorithm.
Kim, Do-Hyun;Jang, Jong-Ho;Park, Joung-Hu;Kim, Jung-Won
Journal of Power Electronics
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제13권5호
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pp.766-778
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2013
The depletion of natural resources and renewable energy sources, such as photovoltaic (PV) energy, has been highlighted for global energy solution. The PV power control unit in the PV power-generation technology requires a high step-up DC-DC converter. The conventional step-up DC-DC converter has low efficiency and limited step-up ratio. To overcome these problems, a novel high step-up DC-DC converter using an isolated switched capacitor cell is proposed. The step-up converter uses the proposed transformer and employs the switched-capacitor cell to enable integration with the boost inductor. The output of the boost converter and isolated switched-capacitor cell are connected in series to obtain high step-up with low turn-on ratio. A hardware prototype with 30 V to 40 V input voltage and 340 V output voltage is implemented to verify the performance of the proposed converter. As an extended version, another novel high step-up isolated switched-capacitor single-ended DC-DC converter integrated with a tapped-inductor (TI) boost converter is proposed. The TI boost converter and isolated-switched-capacitor outputs are connected in series to achieve high step-up. All magnetic components are integrated in a single magnetic core to lower costs. A prototype hardware with 20 V to 40 V input voltage, 340 V output voltage, and 100 W output power is implemented to verify the performance of the proposed converter.
Ahmed Tarek;Nagai Shinichiro;Hiraki Eiji;Nakaoka Mutsuo
Journal of Power Electronics
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제5권2호
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pp.99-103
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2005
In this paper, a novel circuit topology of a three-winding coupling inductor-assisting a high-frequency PWM boost chopper type DC-DC power converter with a high boost voltage conversion ratio and low switch voltage stress is proposed for the new energy interfaced DC power conditioner in solar photovoltaic and fuel cell generation systems. The operating principle in a steady state is described by using its equivalent circuits under the practical condition of energy processing of a lossless capacitive snubber. The newly-proposed power MOSFET boost chopper type DC-DC power converter with the three-winding coupled inductor type transformer and a single lossless capacitor snubber is built and tested for an output power of 500W. Utilizing the lower voltage and internal resistance power MOSFET switch in the proposed PWM boost chopper type DC-DC power converter can reduce the conduction losses of the active power switch compared to the conventional model. Therefore, the total actual power conversion efficiency under a condition of the nominal rated output power is estimated to be 81.1 %, which is 3.7% higher than the conventional PWM boost chopper DC power conversion circuit topology.
Kim, Donghwan;Jung, Kyosun;Lim, Kyungbae;Choi, Jaeho
Journal of Power Electronics
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제16권1호
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pp.38-47
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2016
This paper presents DG based droop controlled parallel inverter systems with virtual impedance considering the unequal resistive-inductive combined line impedance condition. This causes a reactive power sharing error and dynamic performance degradation. Each of these drawbacks can be solved by adding the feedforward term of each line impedance voltage drop or injecting the virtual inductor. However, if the line impedances are high enough because of the long distance between the DG and the PCC or if the capacity of the system is large so that the output current is very large, this leads to a high virtual inductor voltage drop which causes reductions of the output voltage and power. Therefore, the line impedance voltage drops and the virtual inductor and resistor voltage drop compensation methods have been considered to solve these problems. The proposed method has been verified in comparison with the conventional droop method through PSIM simulation and low-scale experimental results.
본 논문에서는 대용량 출력에 적합한 Three-Level 컨버터에 대하여 논하였다. 전력 변환 시스템에서 에너지의 저장, 변환, 전기적 절연 및 필터 등을 위한 자성체의 적절한 설계는 매우 중요하다. 제안된 Three-Level 컨버터는 출력단 인덕터와 변압기의 결합을 통하여 자성체의 수를 저감하였다. 본 연구에서는 Three-Level 컨버터에서 자기회로 해석을 기반으로한 릴럭턴스 모델을 제안하고자 한다. 또한, 단일 코어 변압기 결선에 의한 2차측 정류방식에 대하여 논하고자 한다. 본 연구에서는 IGBT를 사용하여 입력 540[V], 출력 48[V], 3[kW]급 시스템을 제작했으며 40[kHz]에서 실험하였다.
Kim, Do-Hyun;Kim, Hyun-Woo;Park, Joung-Hu;Jeon, Hee-Jong
Journal of Power Electronics
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제15권6호
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pp.1468-1479
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2015
Renewable energy resources such as wind and photovoltaic power generation systems demand a high step-up DC-DC converters to convert the low voltage to commercial grid voltage. However, the high step-up converter using a transformer has limitations of high voltage stresses of switches and diodes when the transformer winding ratio increases. Accordingly, conventional studies have been applied to series-connect multioutput converters such as forward-flyback and switched-capacitor flyback to reduce the transformer winding ratio. This paper proposes new single-ended converter topologies of an isolation type and a non-isolation type to improve power efficiency, cost-effectiveness, and output ripple. The first proposal is an isolation-type charge-pump switched-capacitor flyback converter that includes an extreme-ratio isolation switched-capacitor cell with a chargepump circuit. It reduces the transformer winding number and the output ripple, and further improves power efficiency without any cost increase. The next proposal is a non-isolation charge-pump switched-capacitor-flyback tapped-inductor boost converter, which adds a charge-pump-connected flyback circuit to the conventional switched-capacitor boost converter to improve the power efficiency and to reduce the efficiency degradation from the input variation. In this paper, the operation principle of the proposed scheme is presented with the experimental results of the 100 W DC-DC converter for verification.
A new high-power step-up based on the two-module parallel-input (PISO) modular dual inductor-fed push-pull converter is proposed. The proposed converter is operated at a constant duty cycle and employs and auxiliary circuit to control the output voltage with a phase-shift between two modules. It shows a high efficiency due to the greatly reduced switch turn-off stress. It also shows a high and linear voltage conversion ratio, low current stress in the output capacitor, and fast control-to-output dynamics. The operation principles and the mathematical models of the proposed converter are presented. Features of the proposed converter are discussed in comparison with the two-module PISO modular dual inductor-fed push-pull converter. Also, experimental results from a 50kHz, 800W, 350 Vdc prototype with an input voltage range of 20-32 Vdc are provided to confirm the validity of the proposed converter. The new converter compares favorably with the conventional counterpart, and is considered well siuted to high-power step-up applications.
This study proposes an LLC series resonant converter with a current doubler using a coupled inductor as a rectification circuit for the secondary side. The current doubler circuit is generally used for a high-voltage input and low-voltage output circuit to obtain high efficiency with small transformer turn ratio. However, an inductive circuit is not generally used in the secondary side of an LLC series resonant converter. If inductive components exist on the secondary side, the resonant characteristics are changed through the secondary inductive circuit. Mathematical analysis shows that the secondary-side current doubler with coupled inductor is not affected by the resonant characteristic of the primary LLC if leakage inductance occurs in the coupled inductor. Results of the analysis are proven by simulation; an experiment is also conducted for the proposed circuit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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