Kim, Min-Young;Seo, Kwang-Duk;Han, Hee-Min;Choi, Byung-Jun;Kim, Joohn-Sheok
Proceedings of the KIPE Conference
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2008.10a
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pp.25-28
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2008
본연구는 부스트형 대기압 플라즈마 전원장치에 대한 연구로서 부스트형 전원장치는 플라즈마의 발생을 원활하게 하기위해 커패시터로 모델링되는 부하단에 인가되는 전압을 직접 제어하는 방식을 의미한다. 기존의 정현파 공진형 전원장치는 PWM기법을 이용하여 펄스의 폭을 증감하는 방식으로 전압의 크기를 제어하지만 이 방식은 별도의 공진회로를 이용하여 공진을 일으킨 다음 이를 부하에 인가하는 방식으로 구성되기 때문에 속응성이 떨어지고 균일한 플라즈마를 발생시키기 어렵다. 부스트형 전원장치는 별도의 부스트 컨버터로 직류전압을 제어하여 부하단에 입력되는 전압을 직접 제어하므로 매우 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 이점이 있으나 별도의 부스트용 스위치가 필요하고 이로 인한 효율의 감소 및 사이즈의 증가가 되는 문제점이 생긴다. 본 연구에서는 커패시터로 모델링되는 부하를 이용하여 직접 공진을 일으키고 공진된 부하 전압을 직접 부스트 스위치에 인가시키는 방식으로 부스트용 스위치의 소프트 스위칭이 가능한 새로운 방식을 개발하였다. 개발된 방식에서는 부스트용 스위치가 ZCS형태로 켜지고 ZVS형태로 꺼지는 특성을 갖게 되므로 별도의 추가 회로 없이도 획기적인 효율 증가와 방열판 사이즈의 감소로 인한 제품의 경량화가 가능한 장점이 있다. 또한, DC링크 커패시터의 최소화로 인하여 부하단의 아크 문제가 자동적으로 해결되는 장점도 있다. 제안된 제어 방식은 시뮬레이션과 실험으로 그 타당성을 입증하였다.
Uddin, Mohammad Kamar;Mekhilef, Saad;Ramasamy, Gobbi
Journal of Power Electronics
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v.18
no.1
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pp.277-288
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2018
Wireless inductive power transfer (IPT) technology is used in many applications today. A compact and high-frequency primary side inverter is one of the most important parts of a WPT system. In this study, a modified class EF-type voltage-fed multi-resonant inverter has been proposed for WPT application at a frequency range of 85-100 kHz. Instead of an infinite input choke inductor, a resonant inductor is used to reduce loss and power density. The peak voltage stress across the MOSFET has been reduced to almost 60% from a class-E inverter using a passive clamping circuit. A simple yet effective design procedure has been presented to calculate the various component values of the proposed inverter. The overall system is simulated using MATLAB/SimPowerSystem to verify the theoretical concepts. A 500-W prototype was built and tested to validate the simulated results. The inverter exhibited 90% efficiency at nearly perfect alignment condition, and efficiency reduced gradually with the misalignment of WPT coils. The proposed inverter maintains zero-voltage switching (ZVS) during considerable load changes and possesses all the inherent advantages of class E-type inverters.
Multiple output converters (MOCs) are widely used for applications which require various levels of the output voltages due to their benefits in cost, volume, and efficiency. However, most of the MOCs developed so far can regulate only one output tightly and require as many secondary windings in the transformer as the number of the outputs. In this paper, a novel Time Division Multiple Control (TDMC) method to regulate all the outputs in high precision is proposed and applied for the multiple output battery charger based on the phase shift full bridge topology to charge a multiple number of batteries at one time. The proposed converter can charge three different kinds of batteries or same kind of batteries in different state of charges (SOCs) by using constant current/constant voltage (CC/CV) charge mode independently. At the same time it can provide an even degree of tight regulation for each output to satisfy the strict ripple requirement of the battery. The validity and feasibility of the proposed method are verified through the experiments.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.23
no.6
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pp.424-432
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2018
This study presents a single-phase single-stage three-level AC/DC converter with a wide controllable output voltage. The proposed AC/DC converter is designed to extend the application of e-mobility, such as electric vehicles. The single-stage converter integrates a PFC converter and a three-level DC/DC converter, operates at a fixed frequency, and provides a wide controllable output voltage (approximately 200-430Vdc) with high efficiencies over a wide load range. In addition, the input boost inductors operate in a discontinuous mode to improve the input power factor. The switching devices operate with ZVS, and the converter's THD is small, especially at full load. The feasibility of the proposed converter is verified by the experimental results of a 1.5 kW prototype.
핸드폰, 노트북 빛 태블릿 PC와 같이 휴대할 수 있는 전자기기의 사용량이 높아질수록 대용량의 배터리를 필요로 하게 된다. 배터리 사양이 높아질수록 대용량의 배터리를 빠르게 충전시키는 어댑터 (Adapter)는 필수 요구 사항이 되었다. 고속 충전을 하기 위해선 높은 전류 공급 능력이 필요하며, 휴대성을 높이기 위해서 사이즈를 최소화하여 설계되어야 한다. 고효율 및 고밀도를 요구하는 시장에 걸맞게, 어댑터 시장 역시 Topology부터 사용 소자까지 많은 발전 중에 있다. 어댑터에 사용되는 대표적인 Topology는 절연에 용이하며 회로구조가 간단한 저비용, 고효율 Flyback Converter 회로가 기본적으로 사용된다. 하지만, 이 구조는 스위칭 주기마다 스위치 양단 전압 및 전류의 중첩에 의한 스위칭 손실이 불가피 하다는 단점이 존재한다. 그 단점을 보완하기 위해 RCD 스너버로 클램핑을 시켜줌과 동시에 변압기의 자화 인덕턴스와 스위치의 기생 커패시터의 공진 현상을 이용하여 스위치 양단 전압 VDS가 최소화되는 지점에서 다음 스위칭 동작을 수행하는 QR(Quasi-Resonant) Flyback Converter를 사용한 어댑터가 시장에서 주로 보였다. 하지만 QR Flyback Converter 역시 기존 방식보다 유리하지만 이 또한 스위칭 주파수 증가에 따른 한계가 존재한다. 따라서 현재는 영전압 스위칭 (Zero Voltage Switching, ZVS)이 가능한 ACF(Active Clamp Flyback) Converter 회로의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이때 스위칭 특성이 우수한 GaN-FET를 적용한 어댑터가 시장에 출시되고 있다. 특히, 이 시장에서는 GaN 소자를 적용한 어댑터를 차세대 전력 반도체 적용이라는 마케팅에도 이용되는 것을 확인할 수 있다.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.12
no.6
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pp.456-464
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2007
This paper proposes a novel three-phase current-fed active clamp DC-DC converter for fuel cells. A single common active clamp branch is used to limit transient voltage across the three-phase full bridge and to realize zero-voltage switching(ZVS) in all switches. To apply for the power generation system current-fed type has been combined with the three-phase power conversion system. The proposed approach has the following advantages: an increase (by a factor of three) of input current and output voltage chopping frequencies; lower RMS current through the inverter switches with higher power transfer capability; reduction in size of reactive later components and the power conditioning system; better transformer utilization; increase of the system reliability. Therefore, the proposed three-phase current-fed active clamp DC-DC converter is appropriate for the boost type DC-DC converter for fuel cells and also applicable for the photovoltaic and battery charge system. The paper details the analysis, simulation and hardware implementation of the proposed system. Finally, experimental results with the proposed PWM strategy demonstrate the feasibility of the proposed scheme on a 500W prototype converter.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.8
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pp.5541-5549
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2015
This paper introduces a safer and more power efficient heater by using induction heating, to apply to the semiconductor wafer fabrication exhaust gas cleaning system. The exhaust gas cleaning system is currently made with filament heater that generates an endothermic reaction of N2 gas for the removal of moisture. Induction theory, through the bases of theoretical optimization and electronic implementation, is applied in the design of the induction heater specifically for the semiconductor wafer exhaust system. The new induction heating design provides a solution to the issues with the current energy inefficient, unreliable, and unsafe design. A robust and calibrated design of the induction heater is used to optimize the energy consumption. Optimization is based on the calibrated ZVS induction circuit design specified by the resonant frequency of the exhaust pipe. The fail-safe energy limiter embedded in the system uses a voltage regulator through the feedback of the MOSFET control, which allows the system performance to operate within the specification of the N2 Heater unit. A specification and performance comparison from current conventional filament heater is made with the calibrated induction heater design for numerical analysis and the proof of a better design.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.16
no.6
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pp.66-73
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2002
This paper presents ZVZCS(Zero-Voltage and Zero-Current Switching) Three Level DC/DC Converter without primary freewheeling diodes. The new converter presented in this paper used a phase shirt control with a flying capacitor in the primary side to achieve ZVS for the outer switches. A secondary anxiliary circuit which consists of one small capacitor, two small diodes and one coupled inductor, is added in the secondary to provide ZVZCS conditions to primary switches, ZVS for outer switches and ZCS for inner switches. Many advantages include simple secondary auxiliary circuit topology, high efficiency, and low cost make the new converter attractive for high power applications. Also the circulating current flows through the circuit so that it causes the needless coduction loss to be occurred in the devices and the transformer of the circuit The new converter has no primary auxiliary diodes for freewheeling current. The principle of operation, feature and design considerations are illustrated and verified through the experiment with a 1[㎾] 50[KHz]IGBT based experimental circuit.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.24
no.1
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pp.152-159
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2010
High power density and power conversion efficiency have been required in the power converters according to the rapid growth of industry. In this context, the next generation High Speed Train(HST) requires power converter which has high-efficiency, high-performance and high-density. In this paper, the new control technique for battery charger used for the next generation HST is proposed. The phase shift ZVZCS converter is classified according to a resonant circuit which is located in the primary or secondary side. In this paper, The PWM switching technique using all-pass filter is proposed to control ZVZCS converter which has resonant circuit in the secondary side. ATmega_128 micro controller based in all-pass filter in substitute for phase shift IC is presented to have digital control. To verify the proposed topology, the simulation and experiment are performed by using PSIM software and 1[kW] experimental set-up.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.14
no.2
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pp.120-127
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2009
This paper proposes a new Pulse Frequency Modulation(PFM)-Series Boost Capacitor(SBC) full bridge DC/DC Converter which features a high efficiency and high power density. The proposed converter controls the output voltage by varying the voltage across the series boost capacitor according to switching frequency and has no freewheeling period due to 50% fixed duty operation. As a result, its conduction loss is lower than that of the conventional phase shift full bridge converter. Moreover, ZVS of all power switches can be ensured along wide load ranges and output current ripple is very small. Therefore, it has very desirable merits such as a small output inductor, high efficiency, and improved heat generation. This paper performs a rationale and PSIM simulation of the proposed converter. Finally, experimental results from a 1.2kW(12V, 100A) prototype are presented to confirm the operation, validity and features of the proposed converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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