A new soft switched active snubber circuit is proposed to achieve zero voltage and zero current switching for all the switching devices in PWM DC-DC converters. The unique location of the snubber capacitor and inductor ensures low current/voltage stresses and commutation losses. With a saturable reactor, the conduction loss of the auxiliary switch could be further minimized. A boost converter adopting this technique is presented as an example, to illuminate its operation principles and derive the design procedures. Simulation and hardware implementation have been made to validate its performance. Some other basic PWM DC-DC topologies using the proposed snubber have also been given.
Nakamura Mantaro;Myoui Takeshi;Abudullh Al Mamun;Nakaoka Mutsuo
Proceedings of the KIPE Conference
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2001.10a
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pp.256-260
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2001
This paper presents boost and buck and buck-boost DC-DC converter circuit topologies of high-frequency soft switching transition PWM chopper type DC-DC high power converters with a single auxiliary passive resonant snubber. In the proposed boost power converter circuits operating under a principle of ZCS turn-on and ZVS turn-off commutation schemes, the capacitor and inductor in the auxiliary passive resonant circuit works as the loss less resonant snubber. In addition to this, the switching voltage and current peak stresses as well as EMI and RFI noises can be basically reduced by this single passive resonant snubber. Moreover, it is proved that converter circuit topologies with a passive resonant snubber are capable of solving some problems of the conventional hard switching PWM processing based on high-ferquency pulse modulation operation principle. The simulation results of this converter are discussed as compared with the experimental ones. The effectiveness of this power converter with a single passive resonant snubber is verified by the 5kW experimental breadboad set up.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.67
no.2
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pp.63-69
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2018
In this paper, the operation principle of a bi-directional switch type resonant AC link snubber circuit was described, together with the practical design procedure, which employs in the proposed power module bridge package type resonant AC link snubber. The novel prototype of power module bridge package type resonant AC link snubber-assisted voltage type sinewave soft switching PWM inverter using IGBT power module was demonstrated herein. It was verified that both the auxiliary power switches in this resonant AC link snubber circuit and the main power switches commutate under the condition of soft switching commutation principle. In addition, the power losses of the new soft switching inverter treated here were analyzed by implementing the experimental data of the IGBT and diode v-i characteristics in addition to switching power loss characteristics into our original computer simulation software developed by the authors. Then, the voltage type sinewave soft switching PWM inverter was high efficiency than that of hard switching PWM inverter, along with performance operation waveforms. In the future, the comparative feasibility study of power module bridge type resonant AC link snubber and its related soft switching inverter in addition to the other types resonant snubber assisted soft switching inverter should be done from a practical point of view.
A variety of high voltage DC power supplies employing the high frequency inverter are difficult to achieve soft switching considering a quick response and no overshoot response under the wide load variation ranges which are used in medical-use x-ray high voltage generator from 20kV to 150kV in the output voltage and from 0.5mA to 1250mA, respectively. The authors develops soft switching high voltage DC power supply designed for x-ray power generator applications, which uses series resonant inverter circuit topology with a multistage voltage multiplier instead of a conventional high voltage diode rectifier connected to the second-side of a high-voltage transformer with a large turn ratio. A constant on-time dual mode frequency control scheme operating under a principle of zero-current soft switching commutation is described. Introducing the multistage voltage multiplier, the secondary transformer turn-numbers and stray capacitance of high-voltage transformer is effective to be greatly reduced. It is proved that the proposed high-voltage converter topology with dual mode frequency modulation mode control scheme is able to be the transient response and steady-state performance in high-voltage x-ray tube load. The effectiveness of this high voltage converter is evaluated and discussed on the basis of simulation analysis and observed data in experiment.
This paper presents a novel circuit topology of a DC bus line series switch and parallel snubbing capacitor-assisted soft-switching PWM full-bridge inverter type DC-DC power converter with a high frequency planar transformer link, which is newly developed for high performance arc welding machines in industry. The proposed DC-DC power converter circuit is based upon a voltage source-fed H type full-bridge soft-switching PWM inverter with a high frequency transformer. This DC-DC power converter has a single power semiconductor switching device in series with an input DC low side rail and loss less snubbing capacitor in parallel with the inverter bridge legs. All the active power switches in the full-bridge arms and DC bus line can achieve ZCS turn-on and ZVS turn-off transition commutation. Consequently, the total switching power losses occurred at turn-off switching transition of these power semiconductor devices; IGBTs can be reduced even in higher switching frequency bands ranging from 20 kHz to 100 kHz. The switching frequency of this DC-DC power converter using IGBT power modules can be realized at 60 kHz. It is proved experimentally by power loss analysis that the more the switching frequency increases, the more the proposed DC-DC power converter can achieve a higher control response performance and size miniaturization. The practical and inherent effectiveness of the new DC-DC converter topology proposed here is actually confirmed for low voltage and large current DC-DC power supplies (32V, 300A) for TIG arc welding applications in industry.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.5B
no.4
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pp.366-373
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2005
This paper presents two new circuit topologies of the dc busline side active resonant snubber assisted voltage source high frequency link soft switching PWM full-bridge dc-dc power converters acceptable for either utility ac 200V-rms or ac 400V-rms input grid. These high frequency switching dc-dc converters proposed in this paper are composed of a typical voltage source-fed full-bridge PWM inverter, high frequency transformer with center tap, high frequency diode rectifier with inductor input filter and dc busline side series switches with the aid of a dc busline parallel capacitive lossless snubber. All the active switches in the full-bridge arms as well as dc busline snubber can achieve ZCS turn-on and ZVS turn-off transition commutation with the aid of a transformer leakage inductive component and consequently the total switching power losses can be effectively reduced. So that, a high switching frequency operation of IGBTs in the voltage source full bridge inverter can be actually designed more than about 20 kHz. It is confirmed that the more the switching frequency of full-bridge soft switching inverter increases, the more soft switching PWM dc-dc converter with a high frequency transformer link has remarkable advantages for its power conversion efficiency and power density implementations as compared with the conventional hard switching PWM inverter type dc-dc power converter. The effectiveness of these new dc-dc power converter topologies can be proved to be more suitable for low voltage and large current dc-dc power supply as arc welding equipment from a practical point of view.
Matsushige T.;Ishitobi M.;Nakaoka M.;Bessyo D.;Yamashita H.;Omori H.;Terai H.
Proceedings of the KIPE Conference
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2001.10a
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pp.484-488
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2001
The grid voltage of commercial utility power source hi Japan and USA is 100rms, but in China and European countries, it is 200rms. In recent years, In Japan 200Vrms out putted single phase three wire system begins to be used for high power applications. In 100Vrms utility AC power applications and systems, an active voltage clamped quasi-resonant Inverter circuit topology using IGBTs has been effectively used so far for the consumer microwave oven. In this paper, presented is a half bridge type voltage-clamped high-frequency Inverter type AC-DC converter using which is designed for consumer magnetron drive used as the consumer microwave oven in 200V utility AC power system. This zero voltage soft switching Inverter can use the same power rated switching semiconductor devices and three-winding high frequency transformer as those of the active voltage clamped quasi-resonant Inverter using the IGBTs that has already been used for 100V utility AC power source. The operating performances of the voltage source single ended push pull type Inverter are evaluated and discussed for consumer microwave oven. The harmonic line current components In the utility AC power side of the AC-DC power converter operating at ZVSPWM strategy reduced and improved on the basis of sine wave like pulse frequency modulation and sine wave like pulse width modulation for the utility AC voltage source.
In this paper, a full bridge edge-resonant zero voltage mode based soft-switching PWM DC-DC power converter with a high frequency center tapped transformer link stage is presented from a practical point of view. The power MOSFETS operating as synchronous rectifier devices are implemented in the rectifier center tapped stage to reduce conduction power losses and also to extend the transformer primary side power MOSFETS ZVS commutation area from the rated to zero-load without a requirement of a magnetizing current. The steady-state operation of this phase-shift PWM controlled power converter is described in comparison with a conventional ZVS phase-shift PWM DC-DC converter using the diodes rectifier. Moreover, the experimental results of the switching power losses analysis are evaluated and discussed in this paper. The practical effectiveness of the ZVS phase-shift PWM DC-DC power converter treated here is actually proved by using 2.5kW-32kHz breadboard circuit. An actual efficiency of this converter is estimated in experiment and is achieved as 97$\%$ at maximum.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.9
no.1
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pp.10-16
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2004
In this thesis, improved full wave mode ZVT(Zero-Voltage-Transition) PMW DC-DC Converters are presented to maximize the regeneration ratio of resonant energy by only putting an additional diode In series with the auxiliary switch. The operation of the auxiliary switch in a half wave mode makes it possible soft switching operation of all switches including the auxiliary switch whereas it is turned off with hard switching in conventional converter. The increase of the regeneration ratio to resonant energy results in low commutation losses and minimum voltage and current stresses. The operation principles of the improved ZVT PWM DC-DC Converters are theoretically analyzed using the boost converter topology as an example. Both theoretical analysis and experimental results verify the validity of the PWM boost converter topology with the improved full wave mode ZVT PWM converters.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.12
no.1
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pp.98-106
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2007
This paper represent improved on-line turn off angle control schemes for switched reluctance motors based on current control. For the purpose of finding the optimal commutation switching angle point with improved controller, it is utilized turn on and turn off position calculation with inductance vs. current vs. not linkage analysis method. The goal of proposed paper is the maximization of the energy conversion per stroke and torque ripple reduction and obtaining approximately flat-topped current waveform. The proposed control scheme is demonstrated simulation and on a prototype experimental system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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