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.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.12B
no.1
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pp.37-43
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2002
This paper proposes a new zero-current switching (ZCS) pulse-width modulation (PWM) switch cell that has no additional conduction loss of the main switch. In this cell, the main switch and the auxiliary switch turn on and turn off under zero current condition. The diodes commutate softly and the reverse recovery problems are alleviated. The conduction loss and the current stress of the main switch are minimized, since the resonating current for the soft switching does not flow through the main switch. Based on the proposed ZCS PWM switch cell, a new family of dc to dc PWM converters is derived. The new family of ZCS PWM converters is suitable for the high power applications employing IGBTs. Among the new family of dc to dc PWM converters, a boost converter was taken as an example and has been analyzed. Design guidelines with a design example are described and verified by experimental results from the 2.5㎾ prototype boost converter operating at 40KHz.
This paper presents a zero voltage and zero current switching (ZVZCS) interleaving two-transistor forward converter for high input voltage and high power application. A phase shift has a disadvantage that a circulating current and RMS current stress, conduction losses of transformer and switching devices increases. Due to this circulating current and RMS current stress, conduction losses of transformer and switching devices increases. To alleviate these problems, we propose an improved interleaving two-transistor forward Zero Voltage and Zero Current Switching (ZVZCS) dc/dc converter using a tapped inductor a snubber capacitor and two snubber diodes attached at the secondary side of transformer. The proposed ZVZCS converter is verified on a 1.8kW, 5kHz experimental prototype.
A new high efficiency and low profile on-board DC/DC converter for digital car audio amplifiers is proposed. The proposed converter shows low conduction loss due to the low voltage stress of the secondary diodes, a lack of DC magnetizing current for the transformer, and a lack of stored energy in the transformer. Moreover, since the primary MOSFETs are turned-on under zero-voltage-switching (ZVS) conditions and the secondary diodes are turned-off under zero-current-switching (ZCS) conditions, the proposed converter has minimized switching losses. In addition, the input filter can be minimized due to a continuous input current, and an output inductor is absent in the proposed converter. Therefore, the proposed converter has the desired features, high efficiency and low profile, for a viable power supply for digital car audio amplifiers. A 60W industrial sample of the proposed converter has been implemented for digital car audio amplifiers with a measured efficiency of $88.3\%$ at nominal input voltage.
In this paper, a new zero-current-transition (ZCT) circuit cell is proposed. The main switch is turned-off under the zero current and zero voltage condition, and there is no additional current stress and voltage stress in the main switch and the main diode, respectively. The auxiliary switch is turned-off under the zero voltage condition, and the main diode is turned-on under the zero voltage condition. The resonant current required to obtain the ZCT condition is relatively small and regenerated to the input voltage source. The operational principles of a boost converter integrated with the proposed ZCT circuit cell are analyzed and verified by the simulation and experimental results.
This paper presents the current-fed type LLC AC to DC high frequency resonant converter capable of ZVZCS(Zero-Voltage and Zero-Current Switching). The current-fed type LLC AC to DC high frequency resonant converter proposed in this paper could operate not only in ZVS(Zero-Voltage Switching) operation by connecting the resonant capacitors(C1, C2) in parallel across the switching devices but also in ZCS(Zero-Current Switching) operation of the secondary diode. The ZVS and ZCS operations can reduce the turn-on loss of the switching devices and the turn-off loss of the secondary diodes, respectively. The circuit analysis of current-fed type LLC AC to DC high frequency resonant converter proposed in this paper is addressed generally by adopting the normalized parameters. The operating characteristics of proposed LLC AC to DC high frequency resonant converter were also evaluated by using the normalized control parameters such as the normalized control frequency(μ), the normalized load resistor(λ) and so on. Based on the characteristic values through the characteristics of evaluation, an example of the design method of proposed LLC AC to DC high frequency resonant converter is suggested, and the validity of the theoretical analysis is confirmed using the experimental results and PSIM simulation.
Wang, Jianhua;Ji, Baojian;Wang, Hongbo;Chen, Naifu;You, Jun
Journal of Power Electronics
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v.15
no.3
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pp.610-620
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2015
An inherent zero-voltage and zero-current-switching phase-shifted full-bridge converter with reverse-blocking insulated-gate bipolar transistor (IGBT) or non-punch-through IGBT is proposed in this paper. This converter not only ensures that the switches in the lagging leg works at zero-current switching, but also minimizes circulating conduction loss without any additional auxiliary circuits. A 1.2 kW hardware prototype is designed, fabricated, and tested to verify the proposed topology. The control loop design procedures with small-signal models are also presented. A simple, low-cost, and robust democratic current-sharing circuit is also introduced and verified in this study. The proposed converter is a suitable alternative for compact, cost-effective applications with high-voltage input.
An LC filter is required to reduce the output current ripple in the auxiliary resonant snubber inverter (ARSI) for high-performance applications. However, if the traditional control method is used in the ARSI with LC filter, then unnecessary current flows in the auxiliary circuit. In addressing this problem, a novel load-adaptive control that fully uses the filter inductor current ripple to realize the soft-switching of the main switches is proposed. Compared with the traditional control implemented in the ARSI with LC filter, the proposed control can reduce the required auxiliary current, contributing to higher efficiency and DC-link voltage utilization. In this study, the detailed circuit operation in the light load mode (LLM) and the heavy load mode (HLM) considering the inductor current ripple is described. The characteristics of the improved ARSI are expressed mathematically. A prototype with 200 kHz switching frequency, 80 V DC voltage, and 8 A maximum output current was developed to verify the effectiveness of the improved ARSI. The proposed ARSI was found to successfully operate in the LLM and HLM, achieving zero-voltage switching (ZVS) of the main switches and zero-current switching (ZCS) of the auxiliary switches from zero load to full load. The DC-link voltage utilization of the proposed control is 0.758, which is 0.022 higher than that of the traditional control. The peak efficiency is 91.75% at 8 A output current for the proposed control, higher than 89.73% for the traditional control. Meanwhile, the carrier harmonics is reduced from -44 dB to -66 dB through the addition of the LC filter.
In this paper, a novel zero-voltage and zero-current switching (ZVZCS) interleaved two switch forward converter is proposed. By using a coupled-inductor-type smoothing filter, a snubber capacitor, the parallel capacitance of the leading switches and the transformer parasitic inductance, the proposed converter can realize soft-switching for the main power switches. This converter can effectively reduce the primary circulating current loss by using the coupled inductor and the snubber capacitor. Furthermore, this converter can reduce the reverse recovery loss, parasitic ringing and transient voltage stress in the secondary rectifier diodes caused by the leakage inductors of the transformer and the coupled inductance. The operation principle and steady state characteristics of the converter are analyzed according to the equivalent circuits in different operation modes. The practical effectiveness of the proposed converter was is illustrated by simulation and experimental results via a 500W, 100 kHz prototype using the power MOSFET.
This paper presents a new ZVS single phase bridgeless (Power Factor Correction) PFC, using an active clamp to achieve zero-voltage-switching for all main switches and diodes. Since the presented PFC uses a bridgeless rectifier, most of the time, only two semiconductor components are in the main current path, instead of three in conventional single-switch configurations. This property significantly reduces the conduction losses,. Moreover, zero voltage switching removes switching loss of all main switches and diodes. Also, auxiliary switch turns on zero current condition. The presented converter needs just a simple non-isolated gate drive circuitry to drive all switches. The eight stages of each switching period and the design considerations and a control strategy are explained. Finally, the converter operation is verified by simulation and experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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