This paper suggests a new non-isolated high voltage gain DC-DC converter with two switches. The proposed two-switch converter has the following characteristics: a high voltage gain, a continuous input current with a small ripple, a reduction in the size of the inductor, and a simple circuit with only a few elements. A theoretical analysis, guidelines for parameter selection, and a comparison with conventional non-isolated high step-up converters are presented. A prototype of 250 W is set up to demonstrate the correctness of the proposed converter. Results obtained from simulations and experiments are presented.
In this paper, a high step-up DC-DC PWM converter with continuous input current and low voltage stress is presented for renewable energy application. The proposed converter is composed of a boost converter integrated with an auxiliary step-up circuit. The auxiliary circuit uses an additional coupled inductor and a balancing capacitor with voltage doubler and switching capacitor technique to achieve high step-up voltage gain with an appropriate switch duty cycle. The switched capacitors are charged in parallel and discharged in series by the coupled inductor, stacking on the output capacitor. In the proposed converter, the voltage stress on the main switch is clamped, so a low voltage switch with low ON resistance can be used to reduce the conduction loss which results in the efficiency improvement. A detailed discussion on the operating principle and steady-state analyses are presented in the paper. To justify the theoretical analysis, experimental results of a 200W 40/400V prototype is presented. In addition, the conducted electromagnetic emissions are measured which shows a good EMC performance.
In this paper, an alternative non-isolated DC-DC converter with a high voltage boosting capability is proposed. Two inductors are used and one of them has its flux linkage increases during its charging period to achieve a high step-up voltage gain. Among the three integrated capacitors, one portrays the partial characteristic of the switched-capacitor technique, while the other two are connected in series across the load. With the two switches controlled using the same duty cycle, the proposed topology demonstrates the merits of a higher and wider range of step-up voltage gain when compared with recent topologies. In addition, a reduction in loss is induced and a higher efficiency is ensured with all the voltage stresses constrained within the output voltage. Operation of the proposed converter is analyzed and validated through experimental results obtained with a prototype.
This paper presents a high-efficiency power conditioning system (PCS) for grid-connected photovoltaic (PV) modules. The proposed PCS consists of a step-up DC-DC converter and a single-phase DC-AC inverter for the grid-connected PV modules. A soft-switching step-up DC-DC converter is proposed to generate a high DC-link voltage from the low PV module voltage with a high-efficiency. A DC-link voltage controller is presented for constant DC-link voltage regulation. A half-bridge inverter is used for the single-phase DC-AC inverter for grid connection. A grid current controller is suggested to supply PV electrical power to the power grid with a unity power factor. Experimental results are obtained from a 180 W grid-connected PV module system using the proposed PCS. The proposed PCS achieves a high power efficiency of 93.0 % with an unity power factor for a 60 Hz / 120 Vrms AC power grid.
This paper introduces a new high efficient bi-directional, non-isolated DC/DC converter. Through variations of the topology of the conventional Cuk converter, an optimum bi-directional DC/DC converter is proposed. Voltage and current in the proposed DC/DC converter are continuous. Furthermore, the efficiency in both step-up and step-down mode is improved over that of the conventional bi-directional converter. To prove the validation for the proposed converter, simulations and experiments are executed with a 300W bi-directional converter.
Kim, Do-Hyun;Kim, Hyun-Woo;Park, Joung-Hu;Jeon, Hee-Jong
Journal of Power Electronics
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v.15
no.6
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pp.1468-1479
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2015
Renewable energy resources such as wind and photovoltaic power generation systems demand a high step-up DC-DC converters to convert the low voltage to commercial grid voltage. However, the high step-up converter using a transformer has limitations of high voltage stresses of switches and diodes when the transformer winding ratio increases. Accordingly, conventional studies have been applied to series-connect multioutput converters such as forward-flyback and switched-capacitor flyback to reduce the transformer winding ratio. This paper proposes new single-ended converter topologies of an isolation type and a non-isolation type to improve power efficiency, cost-effectiveness, and output ripple. The first proposal is an isolation-type charge-pump switched-capacitor flyback converter that includes an extreme-ratio isolation switched-capacitor cell with a chargepump circuit. It reduces the transformer winding number and the output ripple, and further improves power efficiency without any cost increase. The next proposal is a non-isolation charge-pump switched-capacitor-flyback tapped-inductor boost converter, which adds a charge-pump-connected flyback circuit to the conventional switched-capacitor boost converter to improve the power efficiency and to reduce the efficiency degradation from the input variation. In this paper, the operation principle of the proposed scheme is presented with the experimental results of the 100 W DC-DC converter for verification.
In recently days using distributed power generation systems constructed with boost type dc-dc converters is being extremely popularized because of the rising need of environment friendly energy generation power systems. In this paper a new constructed An efficient Step-Up DC-DC Converter for DC Grid Applications s proposed to boost a low level DC voltage(36-80V) to high DC bus (380V) level. When comparing to other step-up converters, the proposed topology has a reduced number of switching devices, can make high quality power with lower input current ripple and has wider input DC voltage range. Finally, the performance of the proposed topology is presented by simulation results with 350W hardware prototype.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.6
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pp.715-720
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2016
This paper proposes a PWM (Pulse Width Modulation) voltage mode DC-DC step-up converter for portable devices. The converter, which is operated with a 1 MHz switching frequency, is capable of reducing the mounting area of passive devices, such as inductor and capacitor, and is suitable for compact mobile products. This step-up converter consists of a power stage and a control block. The circuit elements of the power stage are an inductor, output capacitor, MOS transistors Meanwhile, control block consist of OPAMP (operational amplifier), BGR (band gap reference), soft-start, hysteresis comparator, and non-overlap driver and some protection circuits (OVP, TSD, UVLO). The hysteresis comparator and non-overlapping drivers reduce the output ripple and the effects of noise to improve safety. The proposed step-up converter was designed and verified in Magnachip/Hynix 0.18um 1-poly, 6-metal CMOS process technology. The output voltage was 5 V with a 3.3 V input voltage, output current of 100 mA, output ripple less than 1% of the output voltage, and a switching frequency of 1 MHz. These designed DC-DC step-up converters could be applied to the Personal Digital Assistants(PDA), cellular Phones, Laptop Computer, etc.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.9
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pp.1289-1295
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2012
An active resonance damper for a DC Distributed Power System(DPS) with parallel loads is presented. Each pulse power load in a DC DPS comprises both a resistive power load and a step-up converter. The step-up converter behave as constant power load(CPL) when tightly regulated and usually cause a negative impedance instability problem. Furthermore, when an input filter is connected to a large constant power load, the instability of DC bus voltage. In this paper, a bidirectional DC/DC converter with a reduced storage capacitor quantitatively are proposed as a active resonance damper, to mitigate the voltage instability on the bus. The validity of the proposed method was confirmed by simulation and experimental works.
A high-step-up DC/DC converter for renewable energy systems is proposed. The proposed structure provides high voltage gain by using a coupled inductor without the need for high duty cycles and high turn ratios. The voltage gain is increased through capacitor-charging techniques. In the proposed converter, the energy of the leakage inductors of the coupled inductor is reused. This feature reduces the stress on the switch. Therefore, a switch with low ON-state resistance can be used in the proposed converter to reduce losses and increase efficiency. The main switch is placed in series with the source. Therefore, the converter can control the energy flow from the source to the load. The operating principle is discussed in detail, and a steady state analysis of the proposed converter is conducted. The performance of the proposed converter is verified by experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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