Traditional boost converters have difficulty realizing high efficiency and high voltage gain conversion due to 1) extremely large duty cycles, 2) high voltage and current stresses on devices, and 3) low conversion efficiency. Therefore, a function decoupling high voltage gain DC/DC converter composed of a DC transformer (DCX) and an auxiliary converter is proposed. The role of DCX is to realize fixed gain conversion with high efficiency, whereas the role of the auxiliary converter is to regulate the output voltage. In this study, different forms of combined high voltage gain converters are compared and analyzed, and a structure is selected for the function decoupling high voltage gain converter. Then, topologies and control strategies for the DCX and auxiliary converter are discussed. On the basis of the discussion, an optimal design method for circuit parameters is proposed, and design procedures for the DCX are described in detail. Finally, a 400 W experimental prototype based on the proposed optimal design method is built to verify the accuracy of the theoretical analysis. The measured maximum conversion efficiency at rated power is 95.56%.
The use of high voltage gain converters is essential for the distributed power generation systems with renewable energy sources such as the fuel cells and solar cells due to their low voltage characteristics. In this paper, a high voltage gain topology combining cascode Inverting Buck-Boost converter and voltage multiplier structure is introduced. In proposed converter, the input voltage is connected in series at the output, the portion of input power is directly delivered to the load which results in continuous input current. In addition, the voltage multiplier stage stacked in proper manner is not only enhance high step-up voltage gain ratio but also significantly reduce the voltage stress across all semiconductor devices and capacitors. As a result, the high current-low voltage switches can be employed for higher efficiency and lower cost. In order to show the feasibility of the proposed topology, the operation principle is presented and the steady-state characteristic is analyzed in detail. A 380W-40/380V prototype converter was built to validate the effectiveness of proposed converter.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.24
no.5
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pp.319-326
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2019
The use of high-voltage gain converters is essential for distributed power generation systems with renewable energy sources, such as fuel and solar cells, due to their low-voltage characteristics. In this study, a novel high-voltage gain non-isolated buck boost converter topology is proposed to cope with the need of a high-voltage conversion ratio without the transformer for the renewable energy sources. Given that the proposed topology utilizes the cascode structure, the voltage gain and the efficiency are higher than those of other conventional non-isolated converters. To demonstrate the feasibility of the proposed topology, the operation principle is presented, and the steady-state characteristics are analyzed in detail. The validity of the proposed converter is verified by experiments with a 400 W prototype converter.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.6
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pp.982-984
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2008
This paper suggests anon-isolated high-gain boost converter using voltage-stacking cell. The voltage gain can be increased by adjusting number of voltage-stacking cells and transformer turns-ratio. Test results with 1kW prototype converter show that the voltage gain is three or four times higher than conventional boost converter at unity transformer turns-ratio and about 90% of efficiency is recorded under full load condition.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.25
no.3
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pp.157-161
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2020
High voltage gain converters are essential for distributed power generation systems with renewable energy sources, such as fuel cells and solar cells, because of their low voltage characteristics. This paper introduces a novel nonisolated DC-DC converter topology developed by combining an inverting buck-boost converter and voltage multipliers. In the proposed converter, the input voltage is connected in series with the output, and the majority of the input power is directly delivered to the load. The voltage multipliers are stacked in series to achieve high step-up voltage gain. The voltage stress across all of the switches and capacitors can be significantly reduced. As a result, the switches with low voltage ratings can be used to achieve high efficiency and low cost. To verify the validity of the proposed topology, a 360-W prototype converter is built to obtain the experimental results.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.25
no.2
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pp.133-141
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2020
The use of high-gain-voltage step-up converters for distributed power generation systems is being popularized because of the need for new energy generation and power conversion technologies. In this study, a new constructed high-gain-boost DC-DC converter was proposed to coordinate low voltage output DC sources, such as PV or fuel cell systems, with high DC bus (380 V) lines. Compared with traditional boost DC-DC converters, the proposed converter can create higher gain and has wider input voltage range and lower voltage stress for power semiconductors and passive elements. Moreover, the proposed topology produces multilevel DC voltage output, which is the main advantage of the proposed topology. Steady-state analysis in continuous conduction mode of the proposed converter is discussed in detail. The practicability of the proposed DC-DC converter is presented by experimental results with a 300 W prototype converter.
Floating inverter amplifiers (FIAs) have recently garnered considerable attention owing to their high energy efficiency and inherent resilience to input common-mode voltages and process-voltage-temperature variations. Since the voltage gain of a simple FIA is low, it is typically cascaded or cascoded to achieve a higher voltage gain. However, cascading poses stability concerns in closed-loop applications, while cascoding limits the output swing. This study introduces a gain-enhanced FIA that features cross-coupled body biasing. Through simulations, it is demonstrated that the proposed FIA designed using a 28-nm complementary metal-oxide-semiconductor technology with a 1-V power supply can achieve a high voltage gain (> 90 dB) suitable for dynamic open-loop applications. The proposed FIA can also be used as a closed-loop amplifier by adjusting the amount of positive feedback due to the cross-coupled body biasing. The capability of achieving a high gain with minimum-length devices makes the proposed FIA a promising candidate for low-power, high-speed sensor interface systems.
This paper presents a switched capacitor (SC) based bidirectional dc-dc converter topology for high voltage gain applications. The proposed converter is able to operate with multiple integral voltage conversion ratios based on user input. The architecture of a user-friendly, inductor-less multi-voltage-gain bidirectional dc-dc converter is proposed in this study. The inductor-less or magnetic-less design of the proposed converter makes it effective in higher temperature applications. Furthermore, the proposed converter has a reduced component count and lower voltage stress across its switches and capacitors when compared to existing SC converters. An output impedance analysis of the proposed converter is presented and compared with popular existing SC converters. The proposed converter is simulated in the OrCAD PSpice environment and the obtained results are presented. A 200 W hardware prototype of the proposed SC converter has been developed. Experimental results are presented to validate the efficacy of the proposed converter.
This paper presents a single switch, high step-up, non-isolated dc-dc converter suitable for renewable energy applications. The proposed converter is composed of a coupled inductor, a passive clamp circuit, a switched capacitor and voltage lift circuits. The passive clamp recovers the leakage inductance energy of the coupled inductor and limits the voltage spike on the switch. The configuration of the passive clamp and switched capacitor circuit increases the voltage gain. A wide continuous conduction mode (CCM) operation range, a low turn ratio for the coupled inductor, low voltage stress on the switch, switch turn on under almost zero current switching (ZCS), low voltage stress on the diodes, leakage inductance energy recovery, high efficiency and a high voltage gain without a large duty cycle are the benefits of this converter. The steady state operation of the converter in the continuous conduction mode (CCM) and discontinuous conduction mode (DCM) is discussed and analyzed. A 200W prototype converter with a 28V input and a 380V output voltage is implemented and tested to verify the theoretical analysis.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.31
no.3A
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pp.356-359
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2006
A monolithic SiGe HBT variable gain driver amplifier(VGDA) with high dB-linear gain control and high linearity has been developed as a driver amplifier with ground-shielded microstrip lines for 5-GHz transmitters. The VGDA consists of three blocks such as the cascode gain-control stage, fixed-gain output stage, and voltage control block. The circuit elements were optimized by using the Agilent Technologies' ADSs. The VGDA was implemented in STMicroelectronics' 0.35${\mu}m$ Si-BiCMOS process. The VGDA exhibits a dynamic gain control range of 34 dB with the control voltage range from 0 to 2.3 V in 5.15-5.35 GHz band. At 5.15 GHz, maximum gain and attenuation are 10.5 dB and -23.6 dB, respectively. The amplifier also produces a 1-dB gain-compression output power of -3 dBm and output third-order intercept point of 7.5 dBm. Input/output voltage standing wave ratios of the VGDA keep low and constant despite change in the gain-control voltage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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