• The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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• v.22 no.2
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• pp.150-158
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• 2017

This study proposes a new pulse-width modulation switching pattern for the low conduction loss of a three-level neutral point clamped (NPC)-based dual-active bridge (DAB) converter. The operational principle for a bidirectional power conversion is a phase-shift modulation. The conventional switching method of the three-level NPC-based DAB converter shows a symmetric switching pattern. This method has a disadvantage of high root-mean-square (RMS) value of the coupling inductor current, which leads to high conduction loss. The proposed switching method shows an asymmetrical pattern, which can reduce the RMS value of the inductor current with lower conduction loss than that of the conventional method. The performance of the proposed asymmetrical switching method is theoretically analyzed and practically verified using simulation and experiment.

• Journal of Power Electronics
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• v.18 no.2
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• pp.482-491
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• 2018

The practical design methodology of a three-phase dual active bridge (3ph-DAB) converter applied to low voltage direct current (LVDC) applications is proposed by using a mathematical model based on the steady-state operation. An analysis of the small-signal model (SSM) is important for the design of a proper controller to improve the stability and dynamics of the converter. The proposed lead-lag controller for the 3ph-DAB converter is designed with a simplified SSM analysis including an equivalent series resistor (ESR) for the output capacitor. The proposed controller can compensate the effects of the ESR zero of the output capacitor in the control-to-output voltage transfer function that can cause high-frequency noises. In addition, the performance of the power converter can be improved by using a controller designed by a SSM analysis without additional cost. The accuracy of the simplified SSM including the ESR zero of the output capacitor is verified by simulation software (PSIM). The design methodology of the 3ph-DAB converter and the performance of the proposed controller are verified by experimental results obtained with a 5-kW prototype 3ph-DAB converter.

• Journal of the Korean Society for Railway
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• v.19 no.5
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• pp.617-628
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• 2016

This paper proposes the structure of a smart transformer to improve the performance of the 60Hz main power transformer for rolling stock. The proposed smart transformer is a kind of solid state transformer that consists of semiconductor switching devices and high frequency transformers. This smart transformer would have smaller size than the conventional 60Hz main transformer for rolling stock, making it possible to operate AC electrified track efficiently by power factor control. The proposed structure employs a cascade H-Bridge converter to interface with the high voltage AC single phase grid as the rectifier part. Each H-Bridge converter in the rectifier part is connected by a Dual-Active-Bridge (DAB) converter to generate an isolated low voltage DC output source of the system. Because the AC voltage in the train system is a kind of medium voltage, the number of the modules would be several tens. To control the entire smart transformer, the inner DC voltage of the modules, the AC input current, and the output DC voltage must be controlled instantaneously. In this paper, a control algorithm to operate the proposed structure is suggested and confirmed through computer simulation.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2017.07a
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• pp.233-234
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• 2017

본 논문에서는 수학적 모델링과 성능 분석을 통해 LVDC 용 3상 Dual Active Bridge (DAB) 컨버터의 효율을 증가시킬 수 있는 다양한 방법에 대해서 제안하고자 한다. 3상 DAB 컨버터의 경우 양방향 전력 변환을 필요로 하는 고전력 응용에서 많이 사용되고 있다. 이는 3상 DAB 컨버터가 영전압 스위칭이 가능할 뿐만 아니라, 단상 DAB 컨버터 대비 낮은 도통 손실을 가질 수 있기 때문이다. 고전압/고전류 응용의 경우 대부분 능동 소자로 IGBT가 사용되는데, 따라서 대전력 응용에서 3상 DAB 컨버터의 영전압 스위칭이 가능한 장점을 퇴색시키고, 높은 스위칭 손실을 야기한다. 뿐만 아니라 3상 DAB 컨버터의 경우 고부하 상태에서 높은 순환 전류로 인해 도통 손실이 증가한다. 따라서 본 논문에서는 상기의 단점을 극복하기 위하여 IGBT의 턴-오프 전류를 최소화 시키고, RMS 전류를 낮출 수 있는 설계 방법을 제안하고자 한다. 모의시험과 5 kW급 시작품을 이용한 실험결과를 통해 제안하고자 하는 설계 방법의 타당성을 검증하고자 한다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2018.07a
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• pp.111-113
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• 2018

본 논문에서는 3상 듀얼 액티브 브리지 (3P-DAB) 컨버터의 경부하 조건에서 전력 변환 효율을 향상시키기 위한 효과적인 스위칭 알고리즘을 제안한다. 3P-DAB 컨버터는 교차배치 (Interleave) 구조로 인한 작은 필터 크기와 낮은 전도 손실을 얻을 수 있고, 추가적인 회로없이 소프트 스위칭이 가능하며 양방향 전력 흐름에서의 무절체 제어로 인해 고전력 애플리케이션에서 널리 사용되는 토폴로지 중 하나이다. 그러나 3P-DAB의 위상천이 방법(SPS)을 이용한 제어 방식의 경우 경부하 조건에서 영전압 스위칭(ZVS)의 실패 가능성이 높기때문에 효과적이지 않다. 본 논문에서는 SPS 제어 알고리즘과 비대칭 시비율 변조법 (Asymmetrical Pulse Width Modulation; APWM)을 연쇄적으로 사용하여, 경부하에서 스위치의 ZVS 영역을 넓히고자 한다. 3-kW의 3상 DAB 컨버터의 시작품을 구현하고 실험을 통해 제안된 방법의 효율성을 검증 하였다.