Attia, Hussain A.;Freddy, Tan Kheng Suan;Che, Hang Seng;El Khateb, Ahmad H.
Journal of Power Electronics
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제19권1호
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pp.44-57
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2019
Recently, the use of LLCL filters for grid inverters has been suggested to give better harmonic attenuation than the commonly used L and LCL filters, particularly around the switching frequency. Nevertheless, this filter is mainly designed for constant switching frequency pulse width modulation (CSF PWM) methods. In variable switching frequency PWM (VSF PWM), the harmonic components are distributed across a wide frequency band which complicates the use of a high order filter, including LCL and LLCL filters. Recently, a confined band variable switching frequency (CB-VSF) PWM method has been proposed and demonstrated to be superior to the conventional constant switching frequency (CSF) PWM in terms of switching losses. However, the applicability of LLCL filters for this type of CB-VSF PWM has not been discussed. In this paper, the authors study the suitability of an LLCL filter for CB-VSF PWM and propose design guidelines for the filter parameters. Using simulation and experimental results, it is demonstrated that the effectiveness of an LLCL filter with CB-VSF PWM depends on the parameters of the filters as well as the designed variable frequency band of the PWM. Simulation results confirm the performance of the suggested LLCL design, which is further validated using a lab scale prototype.
Direct torque control (DTC) scheme provides a very quick torque response without the complex field-orientation block and inner current regulation loop. DTC is known as an appropriate scheme for high power induction motet drives because it can be used at lower switching frequency. There are two major drawbacks with the application of DTC schemes : one is large current harmonics due to flux drooping in a low speed range, the other is that the inverter switching frequency is varying according to motor parameters and operating speed. Switching devices in the power electronics drives should be supported for relatively high switching frequency. In this paper, a P-type fuzzy controller to realize the variable switching sector scheme and a PID-type fuzzy switching frequency regulator are adopted. A meaningful contribution of this paper is to propose a simple realization scheme of the fuzzy switching frequency regulator. Simulation results show the effectiveness of those propositions.
This paper proposes a constant frequency controlled zero voltage switching method that can reduce switching losses caused by emf on inductance in DC motor. The zero voltage switching method is used more than a zero current switching method because of reducing switching losses by capacitance of depletion region of MOSFET. To simplify the controller circuit, we propose constant frequency controlled zero voltage switching method in the paper. The control method is more stable than a variable frequency control method because it can optimize bandwidth of a closed-loop and reactances. Therefore, we construct a constant frequency controlled zero voltage switching converter and improve zero switching losses in high switching frequency. In the process, we can control low-losses in full range on variable voltage and load. We simulate the proposed converter with P-SPICE and compare results obtained through the experiment.
Ahmed Nabil A.;Iwai Toshiaki;Omori Hideki;Lee Hyun-Woo;Nakaoka Mutsuo
Journal of Power Electronics
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제6권2호
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pp.95-103
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2006
In this paper, a novel prototype of auxiliary switched capacitor assisted voltage source soft switching PWM Single-Ended Push Pull (SEPP) series capacitor compensated load resonant inverter with two auxiliary edge resonant lossless inductor snubbers is proposed and discussed for small scale consumer high-frequency induction heating (IH) appliances. The operation principle of this inverter is described by using switching mode equivalent circuits. The newly developed multi resonant high-frequency inverter using trench gate IGBTs can regulate its output AC power via constant frequency edge-resonant associated soft switching commutation by using an asymmetrical PWM control or duty cycle control scheme. The brand-new consumer IH products which use the newly proposed edge-resonant soft switching PWM-SEPP type series load resonant high-frequency inverters are evaluated using power regulation characteristics, actual efficiency vs. duty cycle and input power vs. actual efficiency characteristics. Their operating performance compared with some conventional soft switching high-frequency inverters for IH appliances is discussed on the basis of simulation and experimental results. The practical effectiveness of the newly proposed soft switching PWM SEPP series load resonant inverter is verified from an application point of view as being suitable for consumer high-frequency IH appliances.
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.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제5B권4호
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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.
This paper presents a torque ripple reduction technique of direct torque control(DTC) for high power induction motors driven by 3-level inverters with the inverter switching frequency limited around 0.5-1kHz level. It is noted that conventional DTC algorithms to reduce torque ripple are devised for applications with relatively high switching frequency above 2-3kHz. A new DTC algorithms especially for low switching frequency inverter system illustrates relatively reduced torque ripple are devised for applications with relatively high switching frequency above 2-3kHz. Anew DTC algorithm especially for low switching frequency inverter system illustrates relatively reduced torque ripple characteristics Simulation and experimental results show the effectiveness of the proposed control algorithm
Due to advancements in power electronics and inverter topologies, the current controlled multilevel voltage-source pulse width modulated (PWM) inverter is usually preferred for accurate control, quick response and high dynamic performance. A multilevel topology approach is found to be best suited for overcoming many problems arising from the use of high power converters. This paper presents a comprehensive review and comparative study of several current control (CC) techniques for multilevel inverters with a special emphasis on various approaches of the hysteresis current controller. Since the hysteresis CC technique poses a problem of variable switching frequency, a ramp-comparator controller and a predictive controller to attain constant switching frequency are described along with its quantitative comparison. Furthermore, various methods have been reviewed to achieve hysteresis current control PWM with constant switching frequency operation. This paper complies various guidelines to choose a particular method suitable for application at a given power level, switching frequency and dynamic response.
한국마린엔지니어링학회 2001년도 추계학술대회 논문집(Proceeding of the KOSME 2001 Autumn Annual Meeting)
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pp.120-124
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2001
A new technique for improving the efficiency of single-phase high-frequency boost converter is proposed. This converter includes an additional low-frequency boost converter which is connected to the main high-frequency switching device in parallel. The additional converter is controlled at lower frequency. Most of the current flows in the low-frequency switch and so, high-frequency switching loss is greatly reduced accordingly Both switching device are controlled by a simple method; each controller consists of a one-shot multivibrator, a comparator and an AND gate. The converter works cooperatively in high efficiency and acts as if it were a conventional high-frequency boost converter with one switching device. The proposed method is verified by simulation. This paper describes the converter configuration and design, and discusses the steady-state performance concerning the switching loss reduction and efficiency improvement.
The miniturization of a DC-DC converter circuit in connection with the stability is investigated in this paper. As both the capacitance of the smoothing capacitor and the inductance of the reactor are reduced by raising the switching frequency, it is known that the stability of the buck converter declines with the switching frequency but the buck-boost converter has a nearly uniform stability. Furthermore, that in the frequency region above a certain switching frequency the buck-boost converter is suitable for the miniturization of circuit is cleared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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