This study proposes a current-balancing technique for an interleaved buck converter using a variable inductor and a snubber capacitor. The proposed scheme balances the inductor current by using the variable inductor and enables zero voltage switching under all load ranges. With the variable inductor, the ripple of inductor current changes according to load variation. In addition, a 1.6 kW prototype is built to verify the validity of the proposed scheme, and the experimental results are successfully obtained.
본 논문에서는 종래의 접지된 능동 인덕터 구조와 궤환 가변 LC-공진기를 이용한 새로운 가변 능동 인덕터를 제안하였다. 접지된 능동 인덕터는 자이레이터-C 구조로 구현되며, 가변 LC-공진기는 낮은 Q 지수를 갖는 나선 인덕터와 바렉터로 이루어진다. 가변 LC-공진기는 트랜지스터의 기생 커패시턴스에 의한 Q 지수의 감소를 보상하며, LC-공진기의 공진 주파수 조절에 의해 높은 Q 지수를 갖는 주파수 대역을 가변할 수 있다. 매그나칩 $0.18{\mu}m$ 공정을 이용하여 제작된 가변 능동 인덕터는 $4.66{\sim}5.45GHz$ 대역에서 바랙터 제어 전압 조정에 의해 높은 Q 지수를 갖는 주파수를 조정할 수 있으며, 동자 대역에서 50 이상의 Q 지수를 제공한다. 또한, 바렉터 제어전압 조정으로 5.1 GHz에서 $4.12{\sim}5.97nH$의 가변 인덕턴스 값을 얻을 수 있었다.
In this paper, design of a variable inductor using MR Fluid Gap is proposed for wide load range efficiency improvement of a bidirectional DC-DC converter. As compared to conventional constant value inductor designed to have negative current for ZVS at heavy load but suffers high losses at light load due to its small inductance, the proposed variable inductor not only have small inductance at high current for ZVS but also it has large inductance at low current to decrease light load losses.
This paper investigates the design of coupled inductor for minimum inductor current ripple in rapid traction battery charger systems. Based on the general circuit model of coupled inductor together with the operating principles of dc-dc converter, the relationship between the ripple size of inductor current and the coupling factor is derived under the different duty ratio. The optimal coupling factor which corresponds to a minimum inductor ripple current becomes -1, i.e. a complete inverse coupling without leakage inductance, as the steady-state duty ratio operating point approaches 0.5. In an opposite manner, the optimal coupling factor value of zero, i.e. zero mutual inductance, is required when the steady-state duty ratio operating point approaches either zero or one. Coupled inductors having optimal coupling factor can minimize the ripple current of inductor and battery current resulting in a reliable and efficient operation of battery chargers.
본 논문은 공진 회로를 이용하여 군지연 시간을 조정할 수 있는 방법을 제안하였다. 군지연 시간을 조정할 수 있는 군지연 시간 조정기(GDTA)는 가변 캐패시터와 가변 등가 인덕터로 구성되어 있다. 가변 캐패시터와 가변 등가 인덕터는 병렬로 연결되어 있으며 각각 다른 바이어스에 의해 조절된다. 가변 등가 인덕터는 높은 임피던스를 갖는 전송 선로에 가변 캐패시터를 연결하여 구현했다. 군지연 시간은 병렬로 구성된 회로의 캐패시턴스와 인덕턴스의 변화에 의해 조정되어진다. 이 때, 공진 주파수는 고정되어지도록 해야 한다. 제안된 GDTA는 RFID 주파수 대역$(908.5{\sim}914 MHz)$에 맞추어 제작되었고, 군지연 시간의 조정범위는 약 3ns였다.
This paper presents a pulse-width adjustment (PWA) strategy for a novel bidirectional DC-DC boost converter to improve the performance of the dynamic inductor current response. This novel converter consists of three main components: a full-bridge converter (FBC), a high-frequency isolated transformer with large leakage inductance, and a three-level voltage-doubler rectifier (VDR). A number of scholars have analyzed the principles, such as the soft-switching performance and high-efficiency characteristic, of this converter based on pulse-width modulation plus phase-shift (PPS) control. It turns out that this converter is suitable for energy storage applications and exhibits good performance. However, the dynamic inductor current response processes of control variable adjustment is not analyzed in this converter. In fact, dc component may occur in the inductor current during its dynamic response process, which can influence the stability and reliability of the converter system. The dynamic responses under different operating modes of a conventional feedforward control are discussed in this paper. And a PWA strategy is proposed to enhance the dynamic inductor current response performance of the converter. This paper gives a detailed design and implementation of the PWA strategy. The proposed strategy is verified through a series of simulation and experimental results.
The dimmable magnetic ballast which applies the variable inductor needs a switching process for the dimming process, and it consists of mechanical relays because of costs and reliabilities. However, it is hard to operate with correct timing in mechanical relay, so relays reduce their own life time in inductive applications. Moreover this creates a destructive problem at the switching process. The life time reduction of relays means the life time reduction of the ballast. Thus, in this paper, we described the problem at the witching process in the dimmable magnetic ballast with a variable inductor, which consists of relays and the soft AC switching method in order to solve the problems. As result, we achieved the improvement of the life time and reliability of the ballast.
In this paper, the experiment and simulation results of the Boost converter for PFC(power factor correction) using metal powder inductor are presented. The metal powder inductor used in the experiment was composed of Ni-Fe-Mo, Ni-Fe, Fe-Si-Al compound respectively The performance of the 500w class PFC rectifier with the average current mode control and the 300W class PFC rectifier with the variable frequency control, are evaluated.
A coupled inductor-dual boost-inverter (CIDBI) with a differential structure has been presented for application to a micro-inverter photovoltaic module system due to its turn ratio of a high-voltage level. However, it is difficult to design a CIDBI converter with a conventional PI regulator to be stable and achieve good dynamic performance, given the fact that it is a high order system. In view of this situation, a sliding mode control (SMC) strategy is introduced in this paper, and two different sliding mode controllers (SMCs) are proposed and adopted in the left and right side of two Boost sub-circuits to implement the corresponding regulation of the voltage and current. The schemes of the SMCs have been elaborated in this paper including the establishment of a system variable structure model, selection of the sliding surface, determination of the control law, and presentation of the reaching conditions and sliding domain. Finally, the mathematic analysis and the proposed SMC are verified by experimental results.
It is necessary to accurately predict converter losses for optimized design of a high-power DC-DC converter. The losses of switching devices and inductor among the elements of the converter take significantly greater proportion. The current ripple will be determined by the size of the inductance and this inductance value varies depending on the DC amount of inductor current. As the inductance changes according to load current, the change influences not only the inductor loss itself but also the total converter loss. In this paper, for more accurate design of a bi-directional DC-DC converter for 30kW-class energy storage system, more accurate computational model is proposed considering inductance variation according to the load current change. The inductance changes using variable magnetic cores are verified and converter efficiency is tested through simulations and experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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