• Journal of Power Electronics
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• v.17 no.4
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• pp.849-859
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• 2017

This paper illustrates the analysis and design of a multi-resonant converter applied to an electric vehicle (EV) charger. Thanks to the notch resonant characteristic, the multi-resonant converter achieve soft switching and operate with a narrowed switching frequency range even with a wide output voltage range. These advantages make it suitable for battery charging applications. With two more resonant elements, the design of the chosen converter is more complex than the conventional LLC resonant converter. However, there is not a distinct design outline for the multi-resonant converters in existing articles. According to the analysis in this paper, the normalized notch frequency $f_{r2n}$ and the second series resonant frequency $f_{r3n}$ are more sensitive to the notch capacitor ratio q than the notch inductor ratio k. Then resonant capacitors should be well-designed before the other resonant elements. The peak gain of the converter depends mainly on the magnetizing inductor ratio $L_n$ and the normalized load Q. And it requires a smaller $L_n$ and Q to provide a sufficient voltage gain $M_{max}$ at ($V_{o\_max}$, $P_{o\_max}$). However, the primary current increases with $(L_nQ)^{-1}$, and results in a low efficiency. Then a detailed design procedure for the multi-resonant converter has been provided. A 3.3kW prototype with an output voltage range of 50V to 500V dc and a peak efficiency of 97.3 % is built to verify the design and effectiveness of the converter.

• Journal of the Korean Society for Railway
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• v.19 no.3
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• pp.297-303
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• 2016

This paper introduces auxiliary power supply systems (APS) for railroad applications and proposes a new power conversion structure for highly-efficient and lightweight APS systems. The proposed structure focuses on an improvement of the power density in APS. It eliminates unnecessary power conversion stages in the conventional APS structure by modulating the dc/dc converter circuit and the structure of the system. The dc/dc converter circuit used in the proposed structure is based on a multi-level half-bridge converter, a widely used topology in railroad APS applications; a flying capacitor is newly added to the conventional circuit. The added capacitor is used not only to enhance the soft switching condition of the switches, but also so that the new pantograph will have a side voltage source of a battery charger in the APS structure. Since the battery charger uses the pantograph side voltage source in the proposed structure, rather than using the output of the main dc/dc converter in the conventional structure, the size and efficiency of the main dc/dc converter are reduced and increased, respectively. To verify the effectiveness of the proposed structure, simulation results will be presented with metropolitan transit APS specifications.

• The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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• v.20 no.4
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• pp.375-387
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• 2015

This study investigates an economic and highly efficient power-converter topology and its modulation scheme for 60 kW rapid EV charger system. The target system is a three-phase three-switch buck-type rectifier topology. A new carrier-based PWM scheme, which is characterized by simple implementation using logic gates, is introduced in this paper. This PWM scheme replaces the diode rectifier equivalent switching state with an active switching state to produce the same effective current flowing path. As a result, the distortion of input current during the polarity reversal of capacitor line voltage can be mitigated. The proposed modulation technique is confirmed through simulation verification. The proposed modulation technique and its implementation scheme can expand the operation range of the three-phase three-switch buck-type rectifier with high-quality AC input and capacitor ripple current.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2016.07a
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• pp.279-280
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• 2016

전기자동차를 위한 양방향 탑재형 충전기의 장내구성을 달성하기 위해 전해캐패시터를 사용하지 않는 전력변환장치가 요구된다. 본 논문에서는 V2G-V2H 기능을 갖는 무 전해캐패시터 양방향 탑재형 충전기의 제어알고리즘을 제안한다. 제안하는 양방향 충전기는 정현파 충전방식이 적용되었고 인버터만 제어하여 V2G-G2V-V2H 모드전환이 끊김없는 장점을 갖는다 제안하는 알고리즘을 검증하기 위한 3.3kW급 시작품의 시험결과로 타당성을 검증하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2016.07a
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• pp.56-57
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• 2016

본 논문은 LCC 공진형 컨버터를 기반으로 설계된 15kV, 1.5kJ/s 고전압 커패시터 충전기에 대하여 기술한다. 연속도전모드에서 동작하는 LCC 공진형 컨버터 설계를 통해 영전압 스위칭을 구현하고, 공진전류를 사다리꼴 형태로 개선하여 도전손실을 줄일 수 있도록 공진 파라메터를 설계 한다. 승압을 위한 고주파, 고전압 변압기를 다수의 환형 코어를 이용하여 설계하여 효율적인 기중절연을 확보하였다. 제작된 고전압 커패시터 충전기 프로토 타입의 저항부하 정격운전 및 커패시터 충전 실험을 통해 설계를 검증 하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2018.07a
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• pp.255-257
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• 2018

본 논문은 리튬폴리머 배터리를 입력 전압원으로 High-Altitude Electomagnetic Pulse (HEMP) 구동용 고밀도 고전압 충전기의 설계를 다루며, 제안하는 충전기는 독특한 3상 델타-와이 변압기 구조를 갖는 5.4kW 용량의 LCC 공진 컨버터로 제작 되었다. 풀브릿지 형태로 4개의 스위치를 사용하는 단상 충전기는 동일 용량을 설계하는 경우, 입력 전류량이 높아 소자의 발열로 충전기의 동작 시간이 제한되고 누설 인덕턴스에 의한 스파이크성 전압이 크게 발생하여 충전기의 안정적인 구동이 어려운 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 6개의 스위치를 사용하는 삼상 충전기를 HEMP 구동용 고밀도 고전압 충전기에 적용하였다. 동일 용량의 단상과 삼상 충전기 설계과정과 시뮬레이션 결과를 분석해 각 충전기의 차이점을 비교하고, 저항 및 커패시터 부하 실험으로 제안하는 삼상 충전기의 동작과 성능을 검증하였다.

• The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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• v.60 no.3
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• pp.544-551
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• 2011

This paper presents the circuit arrangement and effective control method of regenerative energy storage system for an electric vehicle using super-capacitors as the braking energy storage element. A bi-directional controlled current flow of the DC-DC converters with the capacitor bank is connected in parallel with battery, and is controlled so that the whole of the braking energy is effectively absorbed into the capacitors and released back to the electric motor upon acceleration. The converter needs the series-parallel switching circuit for making the best use of the series capacitors and for limiting the step-up ratio of the boost converter. The proposed methods are verified by computer simulation and experimental set-up. They are usefully applied to the electric vehicles such as green cars, electric motorcycles, bike, etc which are power- supplied by the electric batteries.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2014.07a
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• pp.17-18
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• 2014

전기자동차는 내연기관 대신 배터리를 동력으로 하여 전기모터를 구동하는 방식으로, 배터리를 충전하기 위해서는 차량 탑재형 충전기(OBC)가 필요하다. 자동차라는 특성상 OBC는 2단 AC/DC 컨버터로 구성되어 있다. 역률 보정을 위한 PFC 단과 절연과 충전을 위한 DC/DC 컨버터로 구성되어 있다. 손실을 최소화하기 위해 고전압을 이용한 링크 캐패시터가 필수적이고, 그 캐패시터는 전력밀도가 큰 고전압 전해 캐패시터가 사용된다. 하지만, 전해 캐패시터는 그 수명이 온도와 리플 전류에 따른 ESR 발열과 주변온도에 따라 좌우된다. 따라서 본 논문에서는 6.6kW 차량용 탑재형 충전기를 위한 링크 캐패시터용 고전압 전해 캐패시터의 최적 설계 방법을 제안한다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2015.07a
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• pp.379-380
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• 2015

최근 전기자동차에 양방향 충전기를 탑재하여 배터리 충전 뿐만 아니라 배터리에 저장된 전기에너지를 전력망으로 재송전하는 V2G 기술과 정전 시 배터리에 축적된 전기에너지를 가정에 공급하는 V2H 기술에 대한 요구가 증대되고 있다. 본 논문에서는 NRSRC(Non-regulating series resoanat converter)기반 정현파 충전 방식과 전해캐패시터를 사용하지 않는 양방향 충전기를 제안한다. 3.3kW 시작품을 통해 제안하는 충전기의 타당성을 검증 하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2012.07a
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• pp.230-231
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• 2012

This paper describes a gate driver that operates numerous semiconductor switch in the solide-state pulsed power modulator. the proposed gate driver is designed to receive both the isolated drive-power and the on/off pulse signals through the transformer. Moreover, the IGBT-switch can be quickly turned off by adding protection circuit. Therefore it protects the IGBT-switch from the arc condition that frequently occurs in high-voltage pulse application. To comprehend operating characteristic of each IGBT-switch in pulse output condition, the device consisting of a high efficiency soft-switching capacitor charger and two series stacking IGBT-switch is developed. Finally, the relability of the proposed gate driver and the device for its test are proved through PSpice simulation and experiments.