Analysis, design and practical implementation of a single-stage electronic ballast for compact fluorecent lamps are presented in this paper. The proposed topology is based on a single-stage ballast which combines a boost converter and a half-bridge series resonant inverter. High power factor is achieved by using the boost semi-stage operating in discontinuous conduction mode, and inverter semi-stage operated above resonant frequency to provide zero voltage switching is employed to ballast the fluorescent lamp. Analytical and experimental results from the ballast system with 36W fluorescent lamps have demonstrated the feasibility of the proposed single-stage electronic ballast.
Of all the proposed resonant techniques, the well-known phase-shifted full bridge converter remains one of the most attractive because it offers an easy way of achieving ZVS with a minimum of extra components added, which is essential for the high power applications. This paper describes the design of a digital controller for a Phase Shifted Full-bridge PWM Converter. The small-signal model is derived incorporating the effects of phase-shift control and the utilization of the transformer leakage inductance and power FET junction capacitances to achieve the zero-voltage resonant switching. Based on the derived small-signal model, the digital controller is designed in the discrete domain. The performance of designed controller is verified through the simulation.
본 논문은 공진 인버터를 적용한 HID램프를 구동하기 위한 전자식 안정기를 설계하고 구현하였다. 제안된 전자식 안정기는 스위치 턴온 오프시의 손실을 줄이기 위해서 소프트 스위칭 기법인 ZVS(Zero-Voltage Switching)을 도입하였다. 점등은 LC필터의 공진주파수범위에서 풀브리지 인버터 제어에 의한 공진으로 이루어 진다. 점등후에 컨버터는 저주파수 구형파로 동작한다. 공진 기동시의 LC필터의 공진주파수는 ($f_o$=160kHz)이고, 고조파를 감소시키고 음향공진현상을 피하기 위한 벅컨버터 스위칭 주파수(고주파수 : 50~60kHz 와 저주파수 : 170Hz)를 선택하였다. 실험을 통해 공진 인버터를 적용한 HID램프용 전자식 안정기가 안정적으로 동작함을 확인하였다.
This paper presents a comprehensive analysis of the spurious turn-on phenomena in phase-shifted full-bridge (PSFB) converters. The conventional analysis of the spurious turn-on phenomenon does not establish in the PSFB converter as realizing zero voltage switching (ZVS). Firstly, a circuit model is proposed taking into account the parasitic capacitors and inductors of the transistors, as well as the parasitic elements of the power circuit loop. Second, an exhaustive investigation into the impact of all these parasitic elements on the spurious turn-on is conducted. It has been found that the spurious turn-on phenomenon is mainly attributed to the parasitic inductors of the power circuit loop, while the parasitic inductors of the transistors have a weak impact on this phenomenon. In addition, the operation principle of the PSFB converter makes the leading and lagging legs have distinguished differences with respect to the spurious turn-on problems. Design guidelines are given based on the theoretical analysis. Finally, detailed simulation and experimental results obtained with a 1.5 kW PSFB converter are given to validate proposed analysis.
액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)는 표현된 정보를 가시화하기 위해 램프의 백라이트가 필수적인데 대부분 부피가 작고 효율과 휘도특성이 좋은 냉음극 방전램프가 사용된다. 램프는 고압으로 구동되며 높은 전압을 얻기 위해 일반적으로 권선 변압기를 사용한다 그러나 권선 변압기의 경우 자체의 철심이나 권선의 손실로 인하여 출력 효율의 한계가 있으며, 고압을 위해 감긴 코일은 부피를 크게 하며 무겁게 만든다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 변압기 자체 손실을 줄이고 소형화가 가능하며 높은 승압비을 가진 PAN-PZT계의 적층형 압전 변압기를 제작하였으며, 회로의 손실을 줄이기 위한 영전압 스위칭(ZVS; Zero Voltage Switching)과 그리고 LCD패널과 인버터의 불필요한 간섭현상(EMI; Electro-Magnetic Interference)을 줄일 수 있으며 소형화가 가능한 풀 브리지형 압전 인버터를 설계하였다.
T-type isolated DC/DC converters have recently attracted attention due to their numerous advantages, including few components, low cost, and symmetrical operation of transformers. This study proposes an improved control strategy for increasing the efficiency of T-type isolated DC/DC converters. Under the proposed strategy, the primary circulating current flows through the auxiliary switches (metal-oxide-semiconductor field-effect transistors) instead of their body diodes in free-wheeling periods. Such feature can reduce conduction losses, thereby improving the efficiency of T-type isolated DC/DC converters. The operation principles and performances of T-type isolated DC/DC converters under the proposed control strategy are analyzed in detail and verified through the simulation and experimental results.
철도차량 하부에 부착되는 전장품 무게는 차량의 바퀴 및 베어링 등 철도차량 수명에 큰 영향을 주기 때문에 경량화는 필수적이다. 본 논문에서는 철도 차량용 보조전원장치의 경량화를 위해 LLC 공진형 컨버터를 적용한 보조전원장치 시스템과 제어알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 고속스위칭을 위해 입력단 벅 컨버터를 이용하여 가선 전압을 감압시키고 이후 LLC 공진형 컨버터를 통해 인버터 입력단 전압을 제어한다. 또한, 공진형 컨버터 손실을 최소화하기 위해 ZVS(Zero Voltage Switching) 동작을 하며, 공진 탱크의 최적 설계도 제안한다. 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 시뮬레이션 및 실험으로 검증한다.
본 논문은 부하직렬 고주파 공진 DC/DC 컨버터에 가변 가능한 공진커패시터를 병렬로 삽입한 LCC형 고주파 공진 DC/DC 컨버터의 특성과 설계 예를 나타내고 있으며, 또한 턴-오프시 스위칭 손실을 줄이기 위해 ZVS를 가지는 소프트 스위칭을 사용하였다. 제안 컨버터는 PFM(Pulse Frequency Modulation) 스위칭 패턴을 사용하여 동작되며, PFM 제어에 의해 제안 회로의 출력전압을 제어하였다. 병렬커패시터의 커패시턴스의 변화에 따라, DC/DC 컨버터의 분석은 일반적으로 무차원화 파라미터를 사용하여 나타내었고, 회로 동작 특성은 스위칭 주파수와 파라미터로 행하였다. 또한 본 논문은 특성평가에 의해 제안 DC/DC 컨버터의 동작 특성과 회로 설계 방법을 제시하였다. 더욱이 본 논문은 실험을 통해 이론 분석의 정당성을 입증하였다. 향후 제안한 DC/DC 컨버터는 반도체 및 FPD의 클린룸에 선형이동 시스템의 비접촉 전원장치에 적용 가능하다고 생각된다.
In this paper, first, a linearized modeling of a phase shift full-bridge converter used in chargers of electric vehicles is derived by using state-space approach and transfer functions from the duty ratio to output voltage and the inductor current are also verified. second, control systems for the output voltage and the inductor current are designed using the root locus technique. It is illustrated by experimental results that the control performance on the output variables is satisfied with the designed digital control system based on a automobile qualified 32-bit microcontroller.
A passive lossless turn-on/turn-off snubber network is proposed for the boost PWM converter. Previous AC/DC PFC Boost Converter perceives feed forward signal of output for average current-mode control. Previous Boost Convertor, the Quantity of input current will be decreased by the decrease of output current in light load, and also Power factor comes to be decreased. Also the efficiency of converter will be decreased by the decrease of power factor. The proposed converter presents the good PFC, low line current harmonic distortions and tight output voltage regulations using energy recovery circuit. All of the semiconductor devices in the converter are turned on under exact or near zero voltage switching(ZVS). No additional voltage and current stresses on the main switch and main diode occur. To show the superiority of this converter is verified through the experiment with a 640W, 100kHz prototype converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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