This paper presents an improved phase-shift pulse-width modulation (PWM) full-bridge converter using a blocking capacitor. As the proposed converter reduces the circulation energy by inserting only one series blocking capacitor at the primary side of the conventional phase-shift PWM full-bridge converter structure, it improves the operation characteristics of the conventional converter. In this paper, first, the operation of conventional phase-shift PWM full-bridge converter is roughly reviewed, and then the operational principle of the proposed converter is classified and explained by each mode. After that, a prototype design example based on the operational principle is shown. Then, the improved operation characteristics of the proposed converter are actually verified through the experimental results.
본 논문은 뉴랄퍼지를 이용한 디지탈식 제어기를 고주파 유도 가열기의 전력 조절을 위해 IGBT를 사용한 위상 전이(Phase-Shift) 펄스폭 변조(PWM)와 펄스 주파수 변조(PFM)가 조절되는 공진 고주파 인버터를 응용한 유도가열기를 설명한다. 이는 실제로 산업 현장에서 20KHz~500KHz 유도 가열 및 유도 용해 전원 장치용으로 쓰인다. 위상 전이(Phase-Shift) PWM 정전력 조절 기술을 바탕으로 한 적응 주파수 추종 기법은 스위칭 손실을 최소화하고 전력조절을 용이하게 하기 위해 소개되어졌다. IGBT를 사용하여 실험적으로 만들어진 실험장치는 성공적으로 논증과 토의가 되어졌다.
A high-efficiency full-bridge DC-DC converter with a current-doubler rectifier and an asymmetric pulse-width modulation is proposed. Through the asymmetric pulse-width modulation, the proposed converter achieves zero-voltage switching of power switches without the circulating currents. The proposed converter reduces the output current ripple through the current-doubler rectifier. A control strategy is suggested for the proposed converter to charge battery banks. A constant current and constant voltage charging is performed. The proposed converter achieved a higher efficiency compared with the conventional full-bridge DC-DC converter with a phase-shift modulation. The performance of the proposed converter is evaluated by the experimental results for a 1.0 kW prototype circuit.
Nguyen, Tuyen D.;Phan, Dzung Quoc;Dao, Dat Ngoc;Lee, Hong-Hee
Journal of Power Electronics
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제14권6호
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pp.1197-1207
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2014
Common-mode voltage (CMV) causes overvoltage stress to winding insulation and damages AC motors. CMV with high dv/dt causes leakage currents, which create noise problems for equipment installed near the converter. This study proposes a new pulse-width modulation (PWM) strategy for three-level T-type NPC inverters. This strategy substantially eliminates CMV. The principle for selecting suitable triangle carrier signals for the three-level T-type NPC is described. The proposed method can mitigate the peak value of CMV by 50% compared with the phase disposition pulse-width modulation method. Furthermore, the proposed method exhibits better harmonic spectrum and lower root mean square value for the CMV than those of the reduced-CMV method on the basis of the phase opposition disposition PWM scheme with modulation index higher than 0.5. The proposed modulation can easily be implemented using software without any additional hardware modifications. Both simulation and experimental results demonstrate that the proposed carrier phase-shift PWM method has good output waveform performance and reduces CMV.
Quasi Z-Source Multilevel Inverter (QZMLI) topology has attracted grid connected Photovoltaic (PV) systems in recent days. So there is a remarkable research thrust in switching techniques and control strategies of QZMLI. This paper presents the mathematical analysis of Phase shift- Pulse Width Amplitude Modulation (PS-PWAM) for QZMLI and emphasizes on the advantages of the technique. The proposed technique uses the maximum and minimum envelopes of the reference waves for generation of pulses and proportion of it to generate shoot-through pulses. Hence, it results in maximum utilization of input voltage, lesser switching loss, reduced Total Harmonic Distortion (THD) of the output voltage, reduced inductor current ripple and capacitor voltage ripple. Due to these qualities, the QZMLI with PS-PWAM emerges to be the best suitable for PV based grid connected applications compared to Phase shift-Pulse Width Modulation (PS-PWM). The detailed math analysis of the proposed technique has been disclosed. Simulation has been performed for the proposed technique using MATLAB/Simulink. A prototype has been built to validate the results for which the pulses were generated using FPGA /SPARTAN 3E.
High frequency AC (HFAC) power distribution systems delivering power through a high frequency AC link with sinusoidal voltage have the advantages of simple structure and high efficiency. In a multiple module system, where multiple resonant inverters are paralleled to the high frequency AC bus through connection inductors, it is necessary for the output voltage phase angles of the inverters be controlled so that the circulating current among the inverters be minimized. However, the phase angle of the resonant inverters output voltage can not be controlled with conventional phase shift modulation or pulse width modulation. The phase angle is a function of both the phase of the gating signals and the impedance of the resonant tank. In this paper, we proposed a pulse phase modulation (PPM) concept for the resonant inverters, so that the phase angle of the output voltage can be regulated. The PPM can be used to minimize the circulating current between the resonant inverters. The mechanisms of the phase angle control and the PPM were explained. The small signal model of a PPM controlled half-bridge resonant inverter was analyzed. The concept was verified in a half bridge resonant inverter with a series-parallel resonant tank. An HFAC power distribution system with two resonant inverters connected in parallel to a 500kHz, 28V AC bus was presented to demonstrate the applicability of the concept in a high frequency power distribution system.
본 논문은 고주파 전원에 사용되는 풀 브릿지 부하 병렬형 고주파 공진 인버터 회로를 연구대상으로 하고 출력제어기법으로는 펄스 주파수 변조(PFM, 펄스 폭 변조(PWM) 그리고 펄스 위상 변화(Phase-Shift)잎 경우를 비교 검토하였다. 회로의 해석은 정규화 파라메타를 도입하여 범용성 있게 기술하였고, 인버터 특성은 3가지 구동신호패턴에 의한 스위칭 주파수($\mu$), 펄스폭($\theta$d), Phase-Shift의 위상차각($\phi$)의 변화와 제 파라메타에 따라 특성 평가를 행하였다. 실험을 통해 이론해석의 타당성을 검증하였다. 향후, 3가지의 구동신호제어기법에 의한 특성들은 유도가열 응용, DC-DC 컨버터 등의 전원 시스템의 출력제어 시에 유용한 자료로 제공될 것으로 사료된다.
본 논문은 퍼지를 이용한 디지탈식 제어기를 고주파 유도 가열기의 전력 조절을 위해 IGBT를 사용한 위상 전이(Phase-Shift) 펄스폭 변조(PWM)와 펄스 주파수 변조(PFM)가 조절되는 공진 고주파 인버터를 응용한 유도가열기를 설명한다. 이는 실제로 산업 현장에서 20/$_{KHZ}$~500$_{KHZ}$ 유도 가열 및 유도 용해 전원 장치용으로 쓰인다. 위상 전이(Phase-Shift) PWM 정전력 조절 기술을 바탕으로한 적응 주파수 추종 기법은 스위칭 손실을 최소화하고 전력조절을 용이하게 하기 위해 소개 되어 졌다. IGBT를 사용하여 실험적으로 만들어진 실험장치는 성공적으로 논증과 토의가 되어졌다.어졌다.
A single phase H-bridge inverter is employed in conventional Inductive Power Transfer (IPT) systems as the primary side power supply. These systems may not be suitable for some high power applications, due to the constraints of the power electronic devices and the cost. A high-frequency cascaded multi-level inverter employed in IPT systems, which is suitable for high power applications, is presented in this paper. The Phase Shift Pulse Width Modulation (PS-PWM) method is proposed to realize power regulation and selective harmonic elimination. Explicit solutions against phase shift angle and pulse width are given according to the constraints of the selective harmonic elimination equation and the required voltage to avoid solving non-linear transcendental equations. The validity of the proposed control approach is verified by the experimental results obtained with a 2kW prototype system. This approach is expected to be useful for high power IPT applications, and the output power of each H-bridge unit is identical by the proposed approach.
There is an increasing demand for efficient high power/weight auxiliary power supplies for use on high speed traction application. Many new conversion techniques have been proposed to reduce the voltage and current stress of switching components, and the switching losses in the traditional pulse width modulation(PWM) converter. Especially, the phase shift full bridge zero voltage switching PWM techniques are thought most desirable for many applications because this topology permits all switching devices to operate under zero voltage switching(ZVS) by using circuit parasitic components such as leakage inductance of high frequency transformer and power device junction capacitance. The proposed topology is found to have higher efficiency than conventional soft-switching converter. Also it is easily applicable to phase shift full bridge converter by applying an energy recovery snubber consisted of fast recovery diodes and capacitors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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