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.
In this paper, Operation characteristics of the active clamp(ACL) zero-voltage-switching(ZVS) forward converter(FC) and active clamp hard- switching(HS) forward converter are compared with respect to loss analysis. The losses of semiconductor (including conduction losses and switching losses), transformer(containing the core loss and copper loss) and parasitic element of passive element (capacitor, inductor) are measured and compared for each type. For an experiment we have built 50W ACL ZVS-FC and ACL HS-FC, in which the switching frequency is 200kHz, and test it. The experimental results show that both types of operation have nearly same characteristics.
New 42-volt automotive electrical systems can provide significant improvements in vehicle performance and fuel economy. It is crucial to provide protection against load dump and other overvoltage transients in 42-volt systems. While advanced active control techniques are generally considered capable of providing such protection, the use of passive transient voltage suppression (TVS) devices as a secondary or supplementary protection means can significantly improve design flexibility and reduce system costs. This paper examines the needs and options for passive TVS devices for 42-volt applications. The limitations of the commonly available automotive TVS devices, such as Zener diodes and metal oxide varistors (MOV), are analyzed and reviewed. A new TVS device concept, based on power MOSFET and thin-film polycrystalline silicon back-to-back diode technology, is proposed to provide a better control on the clamp voltage and meet the new 42-volt specification. Both experimental and modeling results are presented. Issues related to the temperature dependence and energy absorbing capability of the new TVS device are discussed in detail. It is concluded that the proposed TVS device provides a cost-effective solution for load dump protection in 42-volt systems.
In this paper, operation characteristics of the Zero-voltage-Switching(ZVS) mode and Non-Zero-Voltage-Switching (NZVS) mode of the active clamp (ACL) forward converter are compared through the loss analysis. The losses of semiconductor devices, transformer and passive elements of the converter are analyzed and compared for each type of operation mode. In order to verify the validity of the analysis, we have built a 50W ACL forward converter and measured the losses of the converter. From the experiment it is known that the ACL forward converter shows nearly same loss distribution for both of operation modes
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics B
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v.33B
no.5
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pp.152-158
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1996
A novel resonant pulse control technique which generates high-quality sinusoidal output voltage from a resonant dc link inverter is presented for UPS applicatons. The proposed control technique limits resonant voltae overshoot without any passive or active clamp circuit, resulting in resonant pulses iwth uniform amplitude and high efficiency. The output voltage is controlled by the third order contorller iwth an inner loop of th efilter inductor current and the feedforward controller. Analysis and design of the proposed control technique are illustrated and verified on a 5kVA experimental unit.
In this paper, a novel DC/DC low-voltage high-current converter circuit is proposed to improve the efficiency of power converter used in the grid-connected fuel-cell generator system. We proposed a novel high efficiency grid-connected power conditioning system for RPG fuel cell. On the result of that, the loss of system was decreased rapidly by driving stack within the condition of maximum efficiency. The peak currents of the current-type inductor and the transformer's coil are reduced by synchronizing switching frequency of Buck-type converter is increased twice as the Push-Pull converter's switching frequency. The novel structure of DC/DC converter is able to realize ZVS-ZCS in fuel-cell system is proposed. The proposed switching component of Push-Pull converter has the ZVS and ZCS function by using the circuit of new passive clamp.
This paper presents a new high step-up dc/dc converter for renewable energy systems in which a high voltage gain is provided by using a coupled inductor. The operation of the proposed converter is based on a charging capacitor with a single power switch in its structure. A passive clamp circuit composed of capacitors and diodes is employed in the proposed converter for lowering the voltage stress on the power switch as well as increasing the voltage gain of the converter. Since the voltage stress is low in the provided topology, a switch with a small ON-state resistance can be used. As a result, the losses are decreased and the efficiency is increased. The operating principle and steady-states analyses are discussed in detail. To confirm the viability and accurate performance of the proposed high step-up dc-dc converter, several simulation and experimental results obtained through PSCAD/EMTDC software and a built prototype are provided.
This paper presents a new resonant converter to achieve the soft switching of power devices. Two full-bridge converters are connected in series to clamp the voltage stress of power switches at Vin/2. Thus, power MOSFETs with a 500V voltage rating can be used for 800V input voltage applications. Two flying capacitors are connected on the AC side of the two full-bridge converters to automatically balance the two split input capacitor voltages in every switching cycle. Two resonant tanks are used in the proposed converter to share the load current and to reduce the current stress of the passive and active components. If the switching frequency is less than the series resonant frequency of the resonant tanks, the power MOSFETs can be turned on under zero voltage switching, and the rectifier diodes can be turned off under zero current switching. The switching losses on the power MOSFETs are reduced and the reverse recovery loss is improved. Experiments with a 1.5kW prototype are provided to demonstrate the performance of the proposed converter.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.9
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pp.720-727
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2008
Microfluidic single chip integrating thermopneumatic micropump and micro check valve are developed. The micropump and micorvalve are made of biocompatible materials, glass and PDMS, so as to be applicable to the biochip. By using the passive-type check valve, backward flow and fluid leakage are blocked and flow control is stable and precise. The chip is composed of three PDMS layers and a glass substrate. In the chip, flow channel and pump chamber were made on the PDMS layers by the replica molding technique and pump heater was made on the glass substrate by Cr/Au deposition. Diameter of the pump chamber is 7 mm and the width and depth of the channel are 200 and $180{\mu}m$, respectively. The PDMS layers chip and the heater deposited glass chip are combined by a jig and a clamp for pumping operation, and they are separable so that PDMS chip is used as a disposable but the heater chip is able to be used repeatedly. Pumping performance was simulated by CFD software and investigated experimentally. The performance was the best when the duty ratio of the applied voltage to the heater was 33%.
In this study a new high step-up dc-dc converter is presented. The operation of the proposed converter is based on the capacitor switching and coupled inductor with a single active power switch in its structure. A passive voltage clamp circuit with two capacitors and two diodes is used in the proposed converter for elevating the converter's voltage gain with the recovered energy of the leakage inductor, and for lowering the voltage stress on the power switch. A switch with a low $R_{DS}$ (on) can be adopted to reduce conduction losses. In the generalized mode of the proposed converter, to reach a desired voltage gain, capacitor stages with parallel charge and series discharge techniques are extended from both sides of secondary side of the coupled inductor. The proposed converter has the ability to alleviate the reverse recovery problem of diodes with circuit parameters. The operating principle and steady-states analyses are discussed in detail. A 40W prototype of the proposed converter is implemented in the laboratory to verify its operation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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