This paper presents a high-efficient and cost effective three-phase AC/DC-DC/AC power conversion system with a single two-switch type active Auxiliary Resonant DC Link (ARDCL) snubber circuit, which can minimize the total power dissipation. The active ARDCL snubber circuit is proposed in this paper and its unique features are described. Its operation principle in steady-state is discussed for the three phase AC/DC-DC/AC converter, which is composed of PWM rectifier as power factor correction (PFC) converter, sinewave PWM inverter. In the presented power converter system not only three-phase AC/DC PWM rectifier but also three-phase DC/AC inverter can achieve the stable ZVS commutation for all the power semiconductor devices. It is proved that the proposed three-phase AC/DC-DC/AC converter system is more effective and acceptable than the previous from the cost viewpoint and high efficient consideration. In addition, the proposed two-switch type active auxiliary ARDCL snubber circuit can reduce the peak value of the resonant inductor injection current in order to maximize total system actual efficiency by using the improved DSP based control scheme. Moreover the proposed active auxiliary two-switch ARDCL snubber circuit has the merit so that there is no need to use any sensing devices to detect the voltage and current in the ARDCL sunbber circuit for realizing soft-switching operation. This three-phase AC/DC-DC/AC converter system developed for UPS can achieve the 1.8% higher efficiency and 20dB lower conduction noise than those of the conventional three-phase hard-switching PWM AC/DC-DC/AC converter system. It is proved that actual efficiency of the proposed three-phase AC/DC-DC/AC converter system operating under a condition of soft switching is 88.7% under 10kw output power.
This paper presents a new prototype of soft-switching DC-DC power converter with a high frequency transformer link which has two active power controlled switches in full bridge rectifier with capacitor input type smoothing filter. In this DC-DC converter, ZVS of the inverter in transformer primary side and ZCS of active rectifier area in secondary side can be completely achieved by taking advantage of parasitic inductor component of high-frequency transformer and loss less snubbing capacitors. Its operation principle and salient features are described. The steady-state operating characteristics of the proposed DC-DC power converter are illustrated and discussed on the basis of the simulation results in addition to the experimental ones obtained by 2kw-40kHz power converter breadboard set up.
A novel three-level DC/DC converter (TLC)for high power applications operating from high input voltage Is proposed. Its switch voltage stress can be ensured to be only one-half of the Input voltage. Nevertheless, since all input voltage is applied to the transformer primary side, it has good turns ratio. The driving method of each module is same as those of the conventional phase-shifted ZVS full bridge PWM converter (PSFB) and the zero-voltage-switching (ZVS) of the leading leg are achieved exactly in the same manner as that of the PSFB. Moreover, its three-level operation can considerably reduce the current ripple through the output inductor and it has no problems of the DC-link voltage unbalance. Therefore, it features a low voltage stress, high efficiency, low EMI, high power density, and small sized filter. To confirm the operation, validity, and features of the proposed circuit, experimental results from a 200W, 600V/DC-48V/DC prototype are presented.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2015.05a
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pp.685-688
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2015
A phase-shift full-bridge converter is widely used conventional converter. If the input power change in the variation of the output voltage, there is a time interval freewheeling according to a duty change. This is a factor of reducing the efficiency. In this paper, we propose a method for improving the efficiency of the converter/inverter systems that require high efficiency in the ESS. The proposed method was used for the duty control for solving the fail problem ZVS(Zero Voltage Switching) in Freewheeling interval. The proposed method was verified by experiments.
This study proposes a novel zero voltage transition (ZVT) pulse width modulation (PWM) DC-DC interleaved boost converter with an active snubber cell. All the semiconductor devices in the converter turn on and off with soft switching to reduce the switching power losses and improve the overall efficiency. Through the interleaved approach, the current stresses of the main devices and the ripple of the output voltage and input current are reduced. The main switches turn on with ZVT and turn off with zero voltage switching (ZVS). The auxiliary switch turns on with zero current switching (ZCS) and turns off with ZVS. In addition, the snubber cell does not create additional current or voltage stress on the main switches and main diodes. The proposed converter can smoothly achieve soft switching characteristics even under light load conditions. The theoretical analysis and operating stages of the proposed converter are made for the D > 50% and D < 50% modes. Finally, a prototype of the proposed converter is implemented, and the experimental results are given in detail for 500 W and 50 kHz. The overall efficiency of the proposed converter reached 95.5% at nominal output power.
This paper presents a zero voltage switching (ZVS) converter with three resonant tanks. The main advantages of the proposed converter are its ability to reduce the switching losses on the power semiconductors, decrease the current stress of the passive components at the primary side, and reduce the transformer secondary windings. Three resonant converters with the same power switches are adopted at the low voltage side to reduce the current rating on the transformer windings. Using a series-connection of the transformer secondary windings, the primary side currents of the three resonant circuits are balanced to share the load power. As a result, the size of both the transformer core and the bobbin are reduced. Based on the circuit characteristics of the resonant converter, the power switches are turned on at ZVS. The rectifier diodes can be turned off at zero current switching (ZCS) if the switching frequency is less than the series resonant frequency. Therefore, the reverse recovery losses on the rectifier diodes are overcome. Experiments with a 1.6kW prototype are presented to verify the effectiveness of the proposed converter.
This study presents a new interleaved three-level zero-voltage switching (ZVS) converter for high-voltage and high-current applications. Two circuit cells are operated with interleaved pulse-width modulation in the proposed converter to reduce the current ripple at the input and output sides, as well as to decrease the current rating of output inductors for high-load-current applications. Each circuit cell includes one half-bridge converter and one three-level converter at the primary side. At the secondary side, the transformer windings of two converters are connected in series to reduce the size of the output inductor or switching current in the output capacitor. Based on the three-level circuit topology, the voltage stress of power switches is clamped at $V_{in}/2$. Thus, MOSFETs with 500 V voltage rating can be used at 800 V input voltage converters. The output capacitance of the power switch and the leakage inductance (or external inductance) are resonant at the transition interval. Therefore, power switches can be turned on under ZVS. Finally, experiments verify the effectiveness of the proposed converter.
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.
In this paper, a constant frequency phase shifting PWM controlled voltage source full bridge-type series load resonant high-frequency inverter using the IGBT power modules is presented for innovative consumer electromagnetic induction heating applications such as a hot water producer, steamer and super heated steamer. The full bridge arm side link passive quasi-resonant capacitor snubbers in parallel with the each power semiconductor device and high frequency AC load side linked active edge inductive snubber-assisted series load resonant tank soft switching inverter with a constant frequency phase shifted PWM control scheme is discussed and evaluated on the basis of the simulation and experimental results. It is proved from a practical point of view that the series load resonant and edge resonant hybrid high-frequency soft switching PWM inverter topology, what is called class DE type. including the variable-power variable-frequency(VPVF) regulation function can expand zero voltage soft switching commutation range even under low output power setting ranges, which is more suitable and acceptable for induction heated dual packs fluid heater developed newly for consumer power utilizations. Furthermore, even in the lower output power regulation mode of this high-frequency load resonant tank high frequency inverter circuit it is verified that this inverter can achieve ZVS with the aid of the single auxiliary inductor snubber.
This paper presents a new circuit topology of active edge resonant snubbers assisted half-bridge soft switching PWM inverter type DC-DC high power converter for DC bus feeding power plants. The proposed DC-DC power converter is composed of a typical voltage source-fed half-bridge high frequency PWM inverter with a high frequency planar transformer link in addition to input DC busline side power semiconductor switching devices for PWM control scheme and parallel capacitive lossless snubbers. The operating principle of the new DC-DC converter treated here is described by using switching mode equivalent circuits, together with its unique features. All the active power switches in the half-bridge arms and input DC buslines can achieve ZCS turn-on and ZVS turn-off commutation transitions. The total turn-off switching losses of the power switches can be significantly reduced. As a result, a high switching frequency IGBTs can be actually selected in the frequency range of 60 kHz under the principle of soft switching. The performance evaluations of the experimental setup are illustrated practically. The effectiveness of this new converter topology is proved for such low voltage and large current DC-DC power supplies as DC bus feeding from a practical point of view.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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