This paper is studied on optimal selection of heat sink for power electronics devices according to switching conditions. Through thermal analysis of MOSFET and repeated digital simulation, the loss characteristics during both switching and conduction intervals are compared to volume of the heat sinks. As a result, heat sink larger by 25% in volume could radiate more heat about $19^{\circ}C$.
Authors propose a PFC(power factor correction) Buck-Boost AC-DC converter by soft switching method. The proposed converter for a discontinuous conduction mode eliminates the complicated control requirement and reduces the size of components. The input current waveform in the converter is got to be a sinusoidal form of discontinuous pulse in proportion to magnitude of ac input voltage under the constant duty cycle switching.Therefore,the input power factor is nearly unity and the control algorithm is simple. To achieve high efficiency system, the proposed converter is constructed by using a partial resonant technique. The control switches using in the converter are operated with soft switching for a partial resonant. The control switches are operated without increasing their voltage and current stresses by the soft switching method. The result is that the switching loss is very low and the efficiency of converter is high.
본 논문에서는 새로운 무손실 스너버 회로를 설계하여 적용한 PWM-PFC 스텝-업 컨버터에 대해 제안한다. 제안된 컨버터는 전류불연속 제어모드에 의해 제어회로 구성이 간단하고 회로 구성소자의 용량을 줄일 수 있다. 또한 입력전류는 스위치의 듀티율 일정제어에 의한 교류 입력전압의 크기에 비례한 불연속적인 펄스열의 정현파상으로 된다. 그 결과 입력역률은 거의 단위역률로 주어지고 듀티율 일정제어에 의해서 제안된 컨버터는 제어기법이 간단하게 된다. 일반적으로 입력전류 불연속제어에 의한 컨버터의 경우, 사용된 스위치의 턴-온 동작은 영전류 스위칭으로 되는 장점이 있지만, 스위치의 턴-오프 동작은 최대 전류에서 스위칭되어 스위칭 손실을 증대시키고 스위치의 과중한 스트레스를 가져오게 된다. 이것은 컨버터의 효율을 저하 시키는 요인이다. 본 논문에서는 부분공진 회로로 동작되는 새로운 무손실 스너버 회로를 설계하여 스위치들의 턴-온, 턴-오프 동작을 소프트 스위칭으로 만들어 컨버터의 효율을 더욱 증대시킨다 제안된 PWM-PFC 스텝-업 컨버터는 컴퓨터 시뮬레이션과 실험을 통하여 그 타당성이 입증된다.
This paper describes a new dc-ac inverter system which for achieving sinusoidal ac waveform makes use of parallel loaded high frequency resonant inverter consisting of full bridge. Each one of the pair of switches in the inverter is driven to synchronous output frequency and the other is driven to PWM signal with resonant frequency proportional to magnitude of sine wave. A forced discontinuous conduction mode is used to realize the quasi-sinusoidal pulse in each switching period. Therefore the inverter generates sinusoidal modulated output voltage including carrier frequency that is resonant frequency. Carrier frequency components of modulated output voltage is filtered by low pass filter. Since current through switches is always zero at its turn-on in the proposed inverter, low stress and low switching loss is achieved. Operating characteristics of the proposed system is analyzed in per unit system using computer simulation. The output voltage of if includes low harmonics and it is almost close to sine wave. Also, the theoretical analysis is proved through the experimental test.
This paper deals with transformer turns ratio design with the consideration of loss minimization in isolated bidirectional DC-DC converter. Generally, the rms value of current, magnitude of current at switching instance, and duty ratio of a converter vary according to the turns ratio of an isolation transformer in the converter under the same voltages and output power level. Therefore, the transformer turns ratio has an effect on the total loss in a converter. The switching and conduction losses of IGBTs and MOSFETs consisting of dual-active bridge converter are analyzed, and iron and copper losses in an isolation transformer and inductor are calculated. Total losses are calculated and measured in cases of four different transformer turns ratios through simulation and experiment with 3-kW converter, and an optimum turns ratio that provides minimum losses is found. The usefulness of the proposed transformer turns ratio design approach is verified through simulation and experimental results.
A highly efficient AC-DC converter for small wind power generation systems using a brushless DC generator (BLDCG) is presented in this paper. The market standard AC-DC converter for a BLDCG consists of a three-phase diode rectifier and a boost DC-DC converter, which has an IGBT and a fast recovery diode (FRD). This kind of two-stage solution basically suffers from a large amount of conduction loss and the efficiency greatly decreases under a light load, or at a low current, because of the switching devices with a P-N junction. In order to overcome this low efficiency, especially at a low current, a three-phase bridgcless converter consisting of three upper side FRDs and three lower side Super Junction FETs is presented. In the overall operating speed region, including the cut-in speed, the efficiency of the proposed converter is improved by up to 99%. Such a remarkable result is validated and compared with conventional solutions by calculating the power loss based on I-V curves and the switching loss data of the adopted commercial switches and the current waveforms obtained through PSIM simulations.
A new synchronous switch controlled transient current build-up zero voltage switching (TCB-ZVS) forward converter is proposed. The proposed converter is suitable for the low-voltage and high-current applications. The features of the proposed converter are low conduction loss of magnetizing current, no additional circuit for the ZVS operation, high efficiency, high power density and low EMI noise throughout all load conditions.
This paper is study on a high efficiency DC-DC converter of discontinuous conduction mode (DCM) added electric isolation. The converters of high efficiency are generally made that the power losses of the used semiconductor switching devices is minimized. To achieve high efficiency system, the proposed converter is constructed by using a quasi resonant circuit. The control switches using in the converter are operated with soft switching by quasi resonant method. The control switches are operated without increasing their voltage and current stresses by the soft switching technology. The result is that the switching loss is very low and the efficiency of the system is high. The proposed converter is also added electric isolation which is used a pulse transformer. When the power conversion system is required electric isolation, the proposed converter is adopted with the converter system development of high efficiency. The soft switching operation and the system efficiency of the proposed converter are verified by digital simulation and experimental results.
This paper proposes a unity power factor ZVT PWM single-phase rectifier. The ZVT soft switching are achieved by using a simple ZVT circuit, and the reduced conduction losses are achieved by employing a single-stage converter, instead of a typical double-stage converter composed of front end diode rectifier and cascaded boost rectifier. Furthermore, thanks to good features such as simple PWM control at constant frequency, low switch stress and low VAR rating of commutation circuits, it is suitable for high power applications. The principle of operation is explained in detail, and simulation results of the new converter are also included.
Active AC/DC converters with PWM operation are utilized to regulate rectified DC bus voltage of a permanent magnet synchronous generator in the maritime DC power system. A DC bus voltage regulation strategy that exploits the six-step operation is proposed in this study. Compared with that of the PWM operation, switching loss of the converter can be significantly reduced under the six-step operation. Moreover, conduction loss can also be reduced due to the high modulation index and reduced flux-weakening current of the six-step operation. A controller is used for the proposed DC bus voltage regulation strategy to verify its validity with the simulation and experimental setup. The simulation and the experimental test results showed that the converter loss reduces to a maximum of 70% and 19%, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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