Sugimura, Hisayuki;Eid, Ahmad Mohamad;Hiraki, Eiji;Kim, Sung-Jung;Lee, Hyun-Woo;Nakaoka, Mutsuo
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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제어로봇시스템학회 2005년도 ICCAS
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pp.1066-1071
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2005
This paper presents the two lossless auxiliary inductors-assisted voltage source type half bridge (single ended push pull: SEPP) series resonant high frequency inverter for induction heated fixing roller in copy and printing machines. The simple high-frequency inverter treated here can completely achieve stable zero current soft switching (ZCS) commutation for wide its output power regulation ranges and load variations under its constant high frequency pulse density modulation (PDM) scheme. Its transient and steady state operating principle is originally described and discussed for a constant high-frequency PDM control strategy under a stable ZCS operation commutation, together with its output effective power regulation characteristics-based on the high frequency PDM strategy. The experimental operating performances of this voltage source SEPP ZCS-PDM series resonant high frequency inverter using IGBTs are illustrated as compared with computer simulation results and experimental ones. Its power losses analysis and actual efficiency are evaluated and discussed on the basis of simulation and experimental results. The feasible effectiveness of this high frequency inverter appliance implemented here is proved from the practical point of view.
This paper presents the two lossless auxiliary inductors-assisted voltage source type half bridge (single ended push pull: SEPP) series resonant high frequency inverter for induction heated king roller in copy and printing machines. The simple high-frequency inverter treated here can completely achieve stable zero current soft switching (ZCS) commutation for wide its output power regulation ranges and load variations under its constant high frequency pulse density modulation (PDM) scheme. Its transient and steady state operating principle is originally described and discussed for a constant high-frequency PDM control strategy under a stable ZCS operation commutation, together with its output effective power regulation characteristics-based on the high frequency PDM strategy. The experimental operating performances of this voltage source SEPP ZCS-PDM series resonant high frequency inverter using IGBTs are illustrated as compared with computer simulation results and experimental ones. Its power losses analysis and actual efficiency are evaluated and discussed on the basis of simulation and experimental results. The feasible effectiveness of this high frequency inverter appliance implemented here is proved from the practical point of view.
This paper presents a novel prototype of three-phase voltage source type zero voltage soft-switching inverter with the auxiliary resonant snubbers suitable for high-power applications with IGBT power module packages in order to reduce their switching power losses as well as electromagnetic conductive and radiative noises. A proposed single inductor-assisted resonant AC link snubber circuit topology as one of some auxiliary resonant commutation snubbers developed previously to achieve the zero voltage soft-switching (ZVS) for the three-phase voltage source type sinewave PWM inverter operating under the instantaneous space voltage vector modulation is originally demonstrated as compared with the other types of resonant AC link snubber circuit topologies. In addition to this, its operation principle and unique features are described in this paper. Furthermore, the practical basic operating performances of the new conceptual instantaneous space voltage vector modulation resonant AC link snubber-assisted three-phase voltage source type soft-switching PWM inverter using IGBT power module packages are evaluated and discussed on the basis of switching voltage and current waveforms, output line to line voltage quality, power loss analysis, actual power conversion efficiency and electromagnetic conductive and radiative noises from an experimental point of view, comparing with those of conventional three-phase voltage source hard-switching PWM inverter using IGBT power modules.
Ahmed Tarek;Chandhaket Srawouth;Nakaoka Mutsuo;Jung Song Hwa;Lee Hyun-Woo
Journal of Power Electronics
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제4권4호
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pp.237-245
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2004
In this paper, a two-switch high frequency flyback transformer linked zero voltage soft switching PWM DC-DC power converter implemented for distributed DC- feeding power conditioning supplies is proposed and discussed. This switch mode power converter circuit is mainly based on two main active power semiconductor switches and a main flyback high frequency transformer linked DC-DC converter in which, two passive lossless quasi-resonant snubbers with pulse current regeneration loops for energy recovery to the DC supply voltages composed of a three winding auxiliary high frequency pulse transformer, auxiliary capacitors and auxiliary diodes for inductive energy recovery discharge blocking due to snubber capacitors are introduced to achieve zero voltage soft switching from light to full load conditions. It is clarified that the passive resonant snubber-assisted soft switching PWM DC-DC power converter has some advantages such as simple circuit configuration, low cost, simple control scheme, high efficiency and lowered noises due to the soft switching commutation. Its operating principle is also described using each mode equivalent circuit. To determine the optimum resonant snubber circuit parameters, some practical design considerations are discussed and evaluated in this paper. Moreover, through experimentation the practical effectiveness of the proposed soft switching PWM DC-DC power converter using IGBTs is evaluated and compared with a hard switching PWM DC-DC power converter.
This paper presents a new conceptual electromagnetic induction eddy current based stainless steel plate spiral type heater for heat exchanger or dual packs heater in hot water system boiler steamer and super heated steamer, which is more suitable and acceptable for new generation consumer power applications. In addition, an active clamping quasi-resonant PWM high frequency inverter using trench gate IGBTs power module can operate under a principle of zero voltage soft commutation with PWM is developed and demonstrated for a high efficient induction heated hot water system and boiler in the consumer power applications. This consumer induction heater power appliance using active clamping soft switching PWM high frequency inverter is evaluated and discussed on the basis of experimental results.
This paper presents a buck circuit topology of high-frequency with a single switching element. It solved the problem which arised from hard-switching in high-frequency using a resonant snubber and operating under the principle of ZCS turn-on and ZVS turn-off commutation schemes. In the existing circuit, it has the voltage stress which is twice of input voltage in free-wheeling diode. But in the proposed circuit, it has voltage stress which is lower than input voltage with modifing a location of free-wheeling diode. In this paper, it explained the circuit operation of each mode and confirmed the waveform of each mode with simulation result. Also the experiment result verified the simulation waveform and compared the existing voltage stress of free-wheeling diode with the proposed voltage stress of that. Moreover, it compares and analyzes the proposed circuit's efficiency with the hard-switching circuit's efficiency according to the change of load current.
This paper presents a soft switching converter to achieve the functions of zero voltage switching (ZVS) turn-on for the power switches and dc voltage step-up. Two circuit modules are connected in parallel in order to achieve load current sharing and to reduce the size of the transformer core. An active snubber is connected between two transformers in order to absorb the energy stored in the leakage and magnetizing inductances and to limit the voltage stresses across the switches. During the commutation stage of the two complementary switches, the output capacitance of the two switches and the leakage inductance of the transformers are resonant. Thus, the power switches can be turned on under ZVS. No output filter inductor is used in the proposed converter and the voltage stresses of the output diodes is clamped to the output voltage. The circuit configuration, the operation principles and the design considerations are presented. Finally, laboratory experiments with a 340W prototype, verifying the effectiveness of the proposed converter, are described.
본 논문에서는 출력 전압의 리플을 이용하여 지상 레그(lagging leg)의 스위치들의 영전류 스위칭(ZCS)을 수행하는 두 개의 트랜스포머를 가지는 위상천이 풀-브릿지 컨버터를 제안하다. 제안된 컨버터는 진상 레그(leading leg)의 스위치들은 영전압 스위칭(ZVS)을 수행하고, 지상 레그의 스위치들은 출력 전압-더블러(Voltage-Doubler)의 전압 리플차를 이용해 출력 다이오드의 전류 전환(commutation)이 빠르게 이루어지도록 하여서 중부하에는 영전류 스위칭을, 경부하에서는 영전압 스위칭을 가능하게 한다. 또한 출력측의 전압 리플차를 이용하기 때문의 기존의 1차측 부스트 캐패시터를 이용하는 컨버터에 비해 턴비를 이용하여 보다 빠른 전류 전환을 수행할 수 있는 장점을 가진다. 따라서 별도의 추가적인 소자없이 모든 스위치의 소프트스위칭이 가능하도록 하고, 지상 레그의 영전류 스위칭을 통해서 환류구간의 순환전류도 없애줌으로써 높은 효율을 얻을 수 있다. 모드 해석과 실험을 통하여 제안 컨버터의 성능을 검증한다.
A single active capacitor snubber-assisted soft-switching sinewave pulse modulation utility-interactive power conditioner with a three-winding flyback high frequency transformer link and a bidirectional active power switch in its secondary side has been proposed. With the aid of the switched-capacitor quasi-resonant snubber cell, the high frequency switching devices in the primary side of the proposed DC-to-AC sinewave power inverter can be turned-off with ZVS commutation. In addition to this, the proposed power conditioner in the DCM can effectively take the advantages of ZCS turn-on commutation. Its output port is connected directly to the utility AC power source grid. At the end, the prototype of the proposed HF-UPC is built and tested in experiment. Its power conversion conditioning and processing circuit with a high frequency flyback transformer link is verified and the output sinewave current is qualified in accordance with the power quality guidelines of the utility AC interactive power systems.
This paper presents a new circuit topology of DC busline switch and snubbing capacitor-assisted full-bridge soft-switching PWM inverter type DC-DC power converter with a high frequency link for low voltage large current applications as DC feeding systems, telecommunication power plants, automotive DC bus converters, plasma generator, electro plating plants, fuel cell interfaced power conditioner and arc welding power supplies. The proposed power converter circuit is based upon a voltage source-fed H type full-bridge high frequency PWM inverter with a high frequency transformer link. The conventional type high frequency inverter circuit is modified by adding a single power semiconductor switching device in series with DC rail and snubbing lossless capacitor in parallel with the inverter bridge legs. All the active power switches in the full-bridge inverter arms and DC busline can achieve ZVS/ZVT turn-off and ZCS turn-on commutation operation. Therefore, the total switching losses at turn-off and turn-on switching transitions of these power semiconductor devices can be reduced even in the high switching frequency bands ranging from 20 kHz to 100 kHz. The switching frequency of this DC-DC power converter using IGBT power modules is selected to be 60 kHz. It is proved experimentally by the power loss analysis that the more the switching frequency increases, the more the proposed DC-DC converter can achieve high performance, lighter in weight, lower power losses and miniaturization in size as compared to the conventional hard switching one. The principle of operation, operation modes, practical and inherent effectiveness of this novel DC-DC power converter topology is proved for a low voltage and large current DC-DC power supplies of arc welder applications in industry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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