Active power decoupling circuits have emerged to eliminate the inherent second-order ripple power in a single-phase power conversion system. This study proposes a design method to determine the optimal capacitance for active power decoupling circuits to achieve high power density. Minimum capacitance is derived by analyzing ripple power in a passive power decoupling circuit, a buck-type circuit, and a capacitor-split-type circuit. Double-frequency ripple power decoupling capabilities are also analyzed in three decoupling circuits under a 3.3 kW load condition for a battery charger application. To verify the proposed design method, the performance of the three decoupling circuits with the derived minimum capacitance is compared and analyzed through the results of MATLAB -Simulink and hardware-in-the-loop simulations.
Kim, Jun-Gu;Kim, Kyu-Dong;Noh, Yong-Su;Jung, Yong-Chae;Won, Chung-Yuen
Journal of Power Electronics
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제13권4호
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pp.558-568
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2013
In this paper, a new decoupling technique for a flyback inverter using an active power decoupling circuit with auxiliary winding and a novel switching pattern is proposed. The conventional passive power decoupling method is applied to control Maximum Power Point Tracking (MPPT) efficiently by attenuating double frequency power pulsation on the photovoltaic (PV) side. In this case, decoupling capacitor for a flyback inverter is essentially required large electrolytic capacitor of milli-farads. However using the electrolytic capacitor have problems of bulky size and short life-span. Because this electrolytic capacitor is strongly concerned with the life-span of an AC module system, an active power decoupling circuit to minimize input capacitance is needed. In the proposed topology, auxiliary winding defined as a Ripple port will partially cover difference between a PV power and an AC Power. Since input capacitor and auxiliary capacitor is reduced by Ripple port, it can be replaced by a film capacitor. To perform the operation of charging/discharging decoupling capacitor $C_x$, a novel switching sequence is also proposed. The proposed topology is verified by design analysis, simulation and experimental results.
In this paper, novel three-port active power decoupling (APD) method for applying 250[W] micro-inverter. This type using third port for active power decoupling stores the surplus energy and supplies sufficient energy to grid. Conventional decoupling circuit is applied in single phase grid connected micro-inverter especially single-stage configuration like flyback-type DC-AC inverter. In this passive power decoupling method, electrolytic capacitor with large capacitance is needed for decoupling from constant DC power and instantaneous AC power. However the decoupling capacitor is replaced with film capacitor by using APD, thus the overall system can achieve smaller size and long lifespan. Proposed three-port flyback inverter is verified by design and simulation.
Irfan, Mohammad Sameer;Shin, Jong-Hyun;Park, Joung-Hu
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제13권2호
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pp.677-687
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2018
This paper presents a novel power decoupling control scheme with the bidirectional buck-boost converter for primary-side regulation photovoltaic (PV) micro-inverter. With the proposed power decoupling control scheme, small-capacitance film capacitors are used to overcome the life-span and reliability limitations of the large-capacitance electrolytic capacitors. Then, an improved flyback PV inverter is employed in continuous conduction mode with primary-side regulation for the PV power conditioning. The proposed power-decoupling controller shares the reference for primary side current regulation of the flyback PV inverter. The decoupling controller shapes the input current of the bidirectional buck-boost converter. The shared reference eliminates the phase-delay between the input current to the bidirectional buck-boost converter and the double frequency current at the PV primary current. The elimination of the phase-delay in dynamic response enhances the ripple rejection capability of the power decoupling buck-boost converter even with small film capacitor. With proposed power decoupling control scheme, the additional advantage of the primary-side regulation of flyback PV inverter is that there is no need to have an extra current sensor for obtaining the ripplecurrent reference of the decoupling current-controller of the power-decoupling buck-boost converter. Therefore, the proposed power decoupling control scheme is cost-effective as well as the size benefit. A new transient analysis is carried out which includes the source voltage dynamics instead of considering the source voltage as a pure voltage source. For verification of the proposed control scheme, simulation and experimental results are presented.
As the performance and density of IC devices increase, especially the clock frequency increases, power grid network integrity problems become more challenging. To resolve these power integrity problems, the use of passive devices such as resistor, inductor, and capacitor is very important. To manage the power integrity with little noise or ripple, decoupling capacitors are essential in electronic packaging. The decoupling capacitors are classified into voltage regulator capacitor, board capacitor, package capacitor, and on-chip capacitor. For next generation packaging technologies such as 3D packaging or wafer level packaging on-chip MIM decoupling capacitor is the key element for power distribution and delivery management. This paper reviews the use and necessity of on-chip decoupling capacitor.
In this paper, three-port flyback inverter with Active Power Decoupling(APD) circuit is analyzed. Conventional flyback inverter with passive power decoupling circuit needs the electrolytic capacitor with large capacitance for decoupling between constant DC power and instantaneous AC power. However the electrolytic capacitor has low lifespan about 50000 to 100000 hours. So the active power decoupling techniques are applied to reduce input capacitance of flyback inverter. Thus the overall system can achieve smaller size and longer lifespan. Proposed three-port flyback inverter is verified by design optimization, simulation and experimental result.
본 논문에서는 평면계획 단계에서 모듈의 전원 잡음을 줄이기 위해 필요한 decoupling capacitance를 효과적으로 할당하는 방법을 제시한다. 먼저, 각 모듈의 decoupling capacitance가 과대평가되고 추가 면적 삽입으로 모듈의 전원 잡음이 변하는 기존 접근 방법의 문제점을 살펴보고, 이를 해결할 수 있는 새로운 방법을 제시한다. 또한, 선형프로그래밍 방법보다 빠른 시간 내에 decoupling capacitance 면적을 위한 빈 공간을 할당하는 간단한 휴리스틱 방법을 제안한다. 실험결과에서 제시된 방법은 Zhao[4]의 방법과 비교하여 decoupling capacitance 면적이 평균 $7.9\%$ 감소하고, 이로 인해 평면계획 결과의 전체 면적과 와이어 길이가 감소하였다. 또한, 추가 면적 삽입으로 인한 모듈의 전원 잡음 문제를 잘 해결하고 있음을 확인하였다. 수행시간 비교에서는 평균 $11.6\%$의 향상을 보였다.
This study proposes an enhanced quadruple-Active-Bridge (QAB) converter that can solve power coupling problems. By adopting a multiple winding transformer, the equivalent circuit of a conventional QAB converter has power couplings between arbitrary output ports. This coupling is an unintended power relationship that complicates the regulation of output voltage of the multiple ports. The proposed converter can carry out power decoupling by changing the arrangement of the coupling inductor. Power transfer equations for the proposed converter and its operating principles are analyzed in detail. The power coupling caused by the transformer's leakage inductance is verified by using a proposed coupling factor that presents the relationship between inductance ratio and coupling power. In addition, the decoupling power control performance of the proposed converter is verified by simulation and a 3 kW prototype converter.
In this paper, systems described by state-space models are considered. For these systems, author studies the decoupling of linear systems and gives a sufficient condition for a system to be made feedback decouplable. Especially, the condition is given by LMI(Linear Matrix Inequality) form. Based on this condition, it is guaranteed that the system decoupling problem is achieved and the $H_{\infty}$ constraint is satisfied simultaneously. This result can be easily extended to the robust decoupling control system design problems.
This paper presents a single-phase grid connected voltage-ed inverter with a power decoupling circuit. In the single-phase grid connected voltage-ed inverter, it is well known that a power pulsation with twice the grid frequency is contained in the input power. In a conventional voltage type inverter, electrolytic capacitors with large capacitance have been used in order to smooth the DC voltage. However, lifetime of those capacitors is shortened by the power pulsation with twice grid frequency. The authors have been studied a active power decoupling(APD) method that reduce the pulsating power on the input DC bus line, this enables to transfer the ripple energy appeared on the input DC capacitors into the energy in a small film capacitor on the additional circuit. Hence, extension of the lifetime of the inverter can be expected because the small film capacitor substitutes for the large electrolytic capacitors. Finally, simulation and experimental results are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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