The high-switching-frequency operation of power converters can achieve high power density through size reduction of passive components, such as capacitors, inductors, and transformers. However, a small-output capacitor that has small capacitance and low effective series resistance changes the small-signal model of the converter power stage. Such a capacitor can make the converter unstable by increasing the crossover frequency in the transfer function of the small-signal model. In this paper, the design and implementation of a high-frequency LLC resonant converter are presented to verify the power density enhancement achieved by decreasing the size of passive components. The effect of small output capacitance is analyzed for stability by using a proper small-signal model of the LLC resonant converter. Finally, proper design methods of a feedback compensator are proposed to obtain a sufficient phase margin in the Bode plot of the loop gain of the converter for stable operation at 500 kHz switching frequency. A theoretical approach using MATLAB, a simulation approach using PSIM, and experimental results are presented to show the validity of the proposed analysis and design methods with 100 and 500 kHz prototype converters.
This paper describes the process of optimal resonant frequency design with full-bridge series-loaded resonant dc-dc converter in a high efficiency 3.3 kW on-board battery charger application for Electric Vehicles and Plug-in Hybrid Electric Vehicles. The optimal range of resonant frequency and switching frequency used for ZVS are determined by considering trade-off between loss of switching devices and resonant network with size of passive/magnetic devices. In addition, it is defined charging region of battery, the load of on-board charger, as the area of load by deliberating the characteristic of resonant. It is verified the designed frequency band by reflecting the defined area on resonant frequency.
A non-contact battery charger for cellular phone is designed using half-bridge series resonant converter. This converter utilizes series resonance to reduce the undesirable effect of large leakage inductance of the detachable transformer and ZVS operation can reduce switching loss and switching noise. In this paper, analysis and design procedure of half-bridge series resonant converter with detachable transformer is presented. The input voltage is 85VAC∼270VAC, and the output voltage and current is 4.1V and 800mA, respectively. Furthermore, a method of calculating the secondary current of the transformer to control the battery charging current in the constant current charging mode is proposed. The performance of the charger is verified through experiments.
A small-signal low-frequency disturbance of the input line affects the regulated-output voltage of the series resonant converter. To mitigate the detrimental effect, the output feedback PI-controller is employed. Small-signal linear models are represented to characterize the closed loop series resonant converter system. Design equations for the PI-controller which satisfy stability and percent ripple conditions are derived from the closed-loop linear model. Experimental results are presented which show excellent correlation with theory.
An analysis of the junction capacitance in resonant rectifiers which has a significant impact on the operating point of resonance circuits is studied in this paper, where the junction capacitance of the rectifier diode is to decrease the resonant current and output voltage in the circuit when compared with that in an ideal rectifier diode. This can be represented by a simplified series resonant equivalent circuit and a voltage transfer function versus the normalized operating frequency at varied values of the resonant capacitor. A low voltage to high voltage push-pull DC/DC resonant converter was used as a design example. The design procedure is based on the principle of the half bridge class-DE resonant rectifier, which ensures more accurate results. The proposed scheme provides a more systematic and feasible solution than the conventional resonant push-pull DC/DC converter analysis methodology. To increase circuit efficiency, the main switches and the rectifier diodes can be operated under the zero-voltage and zero-current switching conditions, respectively. In order to achieve this objective, the parameters of the DC/DC converter need to be designed properly. The details of the analysis and design of this DC/DC converter's components are described. A prototype was constructed with a 62-88 kHz variable switching frequency, a 12 $V_{DC}$ input voltage, a 380 $V_{DC}$ output voltage, and a rated output power of 150 W. The validity of this approach was confirmed by simulation and experimental results.
The resonant converters cause the high voltage stress according to the input voltage, which increases the conduction loss in converter power switches. The topology of LLC half bridge resonant converter provides ZVS characteristic and also the stress of voltage and current is not higher than that of the general resonant converters. So we can expect the higher efficiency. In this paper, the LLC resonant converter is designed for the notebook computer adapter. In the adapter design, we should consider the weight, the size and overheat of the adapter. Thus the higher efficiency is an essential particular. First of all, the optimal design of transformer is the most important facts. Some parameters should be considered in order to get the highest efficiency. The adapter is designed through the considering of these parameters including the PFC circuit of the pre-regulator. It converts AC line input into about $400V_{DC}$ Link voltage of the LLC converter input and the converter has $16V_{DC}/90W$ ratings. The efficiency measured is about up to 92%.
This paper deals with LLC resonant converter of on-board charger for electric vehicle charging. Generally, the on-board charger must have a very widely charging voltage, higher efficiency, higher power factor, lower volume and lower weight. For reducing the switching losses, voltage and current stress of the device, the on-board charger is apply the half-bridge LLC resonant converter topology. To have a wide voltage range, it is design the hardware parameters and determine the switching frequency range of the LLC resonant converter. The experimental results show a wide charge voltage.
The resonant converters cause the high voltage stress according to the input voltage, which increases the conduction loss in converter power switches. The topology of LLC half bridge resonant converter provides ZVS characteristic and also the stress of voltage and current is smaller than that of the general resonant converters. So we can expect the higher efficiency. In this paper, the LLC resonant converter is designed for slim adapter. In the adapter design, we should consider the weight, the size and overheat of the adapter. Thus the optimal design of transformer is the most important facts. Some parameters should be considered in order to get the highest efficiency. The LLC resonant converter input is 390VDC Link voltage of PFC and the output has 16VDC/90W ratings. The efficiency measured is about up to 93%.
본 논문은 LLC 공진 컨버터에 적합한 자동화 권선 변압기 설계에 대한 포괄적인 방법에 대해서 나타낸다. 기존의 LLC 공진 변압기는 하나의 보빈에 모든 권선이 감겨져 있기 때문에 자동화 권선 구현이 어렵다는 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 절연 테이프와 배리어 테이프가 없이 다중 보빈으로 자동 권선이 가능한 LLC 공진 변압기를 제안하였으며 제안한 LLC 공진 변압기의 설계 절차에 대해서도 나타내었다. Maxwell 3D 시뮬레이션 툴을 이용하여 제안한 LLC 공진 변압기의 해석 및 모델링을 상세하게 기술되었으며 또한 3D 모델링에 의해 제작된 제안한 LLC 공진 변압기를 이용하여 프로타입 150W LLC 공진 컨버터를 실험을 통해 확인하였다.
This paper proposes an operating frequency design method that limits the voltage applied to aload-side converter during the initial operation of a loosely coupled resonant dual-active bridge (LCR-DAB) converter and an initial operating strategy that applies it. The LCR-DAB converter uses two wireless power transfer coils instead of the high-frequency transformer of the general DAB converter. The wireless power coil has a physical distance of several tens of millimeter or more between the two coils; thus, the LCR-DAB converter is a bidirectional isolated power conversion system that can easily achieve high insulation performance. However, for the initial operation of the LCR-DAB, if the power-side converter is operated at the resonance frequency while the load-side converter is not operating, then a very high voltage due to resonance is applied to the load-side converter, thereby causing damage to the converter. Therefore, a method that can stably charge the DC link voltage of the secondary-side converter during the initial operation is needed. This paper proposes a method to initially charge the secondary-side DC link by operating the primary-side converter at a frequency with limited voltage gain rather than at a steady-state operating frequency. The validity of the proposed frequency design method and initial operating sequence is verified through simulation and experimentation of the 1 KW LCR-DAB converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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