A digital state feedback control method for the current mode control of DC-DC converters is proposed in this paper. This approach can precisely achieve interleaved current sharing among the converter modules. As the controller design and system analysis are performed in the time domain, the proposed method can easily satisfy the required converter specification by using the pole placement technique. The digital state feedback controller in the continuous and discrete time domain is derived for the robust tracking control. For the verification of the proposed control scheme, a parallel module bi-directional converter in a prototype 42V/14V hybrid automotive power system, which is a design example in the continuous time domain, and a parallel module buck converter, which is a design example in the discrete time domain, are implemented using a TMS320F2812 digital signal processor (DSP).
This work aims to study and analyze the various operating modes of universal power converter which is powered by solar and thermoelectric generators. The proposed converter is operated in a DC-DC (buck or boost mode) and DC-AC (single phase) inverter with high efficiency. DC power sources, such as solar photovoltaic (SPV) panels, thermoelectric generators (TEGs), and Li-ion battery, are selected as input to the proposed converter according to the nominal output voltage available/generated by these sources. The mode of selection and output power regulation are achieved via control of the metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) switches in the converter through the modified stepped perturb and observe (MSPO) algorithm. The MSPO duty cycle control algorithm effectively converts the unregulated DC power from the SPV/TEG into regulated DC for storing energy in a Li-ion battery or directly driving a DC load. In this work, the proposed power sources and converter are mathematically modelled using the Scilab-Xcos Simulink tool. The hardware prototype is designed for 200 W rating with a dsPIC30F4011 digital controller. The various output parameters, such as voltage ripple, current ripple, switching losses, and converter efficiency, are analyzed, and the proposed converter with a control circuit operates the converter closely at 97% efficiency.
This paper describes a two quadrant bidirectional soft switching converter for ultra capacitor interface circuits. The total efficiency of the energy storage system in terms of size and cost can be increased by a combination of batteries and ultra capacitors. The required system energy is provided by a battery, while an ultra capacitor is used at high load power pulses. The ultra capacitor voltage changes during charge and discharge modes, therefore an interface circuit is required between the ultra capacitor and the battery. This interface circuit must have good efficiency while providing bidirectional power conversion to capture energy from regenerative braking, downhill driving and the protecting ultra capacitor from immediate discharge. In this paper a fully soft switched two quadrant bidirectional soft switching converter for ultra capacitor interface circuits is introduced and the elements of the converter are reduced considerably. In this paper, zero voltage transient (ZVT) and zero current transient (ZCT) techniques are applied to increase efficiency. The proposed converter acts as a ZCT Buck to charge the ultra capacitor. On the other hand, it acts as a ZVT Boost to discharge the ultra capacitor. A laboratory prototype converter is designed and realized for hybrid vehicle applications. The experimental results presented confirm the theoretical and simulation results.
This paper deals with the novel type DAVR(digital Automatic voltage Regulator) of the field control system for improving the response and efficiency. The proposed Hybrid type Synchronous Generator consists of permanent magnet which can generate the constant voltage with controlless and field winding. Using Buck-type PWM converter, the response can be improved in the proposed system. The proper operation of the proposed excitation system was verified through the design and experiments.
This paper introduces a bidirectional full-bridge converter with new active damp structure. The proposed active damp circuit can damp the oscillating voltage across the rectifier diodes with a smaller voltage stress of the damping capacitor and eliminate the circulating current. In addition, the proposed converter can achieve additional advantages such as nearly ZCS switching for leading-leg switches and no recovery current for rectifier-bridge by the suitable design of the damp capacitor to resonate with leakage inductor. Since the ZVS is achieved for both leading-leg and lagging-leg switches by the magnetizing current of the transformer, it can be achieved regardless of the load variation. A 3.3 kW prototype converter is implemented for vehicle-to-grid (V2G) application and the advantages of the proposed converter are verified by the experiments. The maximum efficiencies of 98.2% and 97.6% have been achieved for the buck mode and boost mode operation, respectively.
A family of non-isolated DC-DC three-port converters (TPCs) that allows for a more flexible power flow among a renewable energy source, an energy storage device and a current-reversible DC bus is introduced. Most of the reported non-isolated topologies in this area consider only a power consuming load. However, for applications such as hybrid-electric vehicle braking systems and DC microgrids, the load power generating capability should also be considered. The proposed three-port family consists of one unidirectional port and two bi-directional ports. Hence, they are well-suited for photovoltaic (PV)-battery-DC bus systems from the power flow viewpoint. Three-port converters are derived by combining different commonly known power converters in an integrated manner while considering the voltage polarity, voltage levels among the ports and the overall voltage conversion ratio. The derived converter topologies are able to allow for seven different modes of operation among the sources and load. A three-port converter which integrates a boost converter with a buck converter is used as a design example. Extensions of these topologies by combining the soft-switching technique with the proposed design example are also presented. Experiment results are given to verify the proposed three-port converter family and its analysis.
PSFB 컨버터(Phase Shift Full Bridge converter)는 다양한 전원장치에 응용되고 있다. 또한 빠른 응답과 1차 측 전류 피크의 불 평형을 방지하기 위해 PCMC(Peak Current Mode Control)를 적용해야 한다. 하지만 PCMC는 유효 시비율이 0.5 이상 일 때 저주파 발진이 일어나기 때문에 경사 보상 기법을 이용해 발진을 막아야 한다. 일반적으로 경사보상 기울기는 최댓값을 사용하기 때문에 전류 명령이 과 보상되며, 무효시비율 구간을 고려하지 않기 때문에 응답속도가 지연 되는 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 무효 시비율 구간을 고려한 하이브리드 피크-밸리 전류 밴드 제어를 통해 BUCK 컨버터와 동일한 응답 특성을 가지는 PSFB 컨버터 제어 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 PSIM 시뮬레이션을 통해 검증되었다.
Zhang, Yun;Gao, Yongping;Li, Jing;Sumner, Mark;Wang, Ping;Zhou, Lei
Journal of Power Electronics
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v.16
no.6
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pp.2035-2044
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2016
In order to match the voltages between high voltage battery stacks and low voltage super-capacitors with a high conversion efficiency in hybrid energy sources electric vehicles (HESEVs), a high ratio bidirectional DC-DC converter with a synchronous rectification H-Bridge is proposed in this paper. The principles of high ratio step-down and step-up operations are analyzed. In terms of the bidirectional characteristic of the H-Bridge, the bidirectional synchronous rectification (SR) operation is presented without any extra hardware. Then the SR power switches can achieve zero voltage switching (ZVS) turn-on and turn-off during dead time, and the power conversion efficiency is improved compared to that of the diode rectification (DR) operation, as well as the utilization of power switches. Experimental results show that the proposed converter can operate bidirectionally in the wide ratio range of 3~10, when the low voltage continuously varies between 15V and 50V. The maximum efficiencies are 94.1% in the Buck mode, and 93.6% in the Boost mode. In addition, the corresponding largest efficiency variations between SR and DR operations are 4.8% and 3.4%. This converter is suitable for use as a power interface between the battery stacks and super-capacitors in HESEVs.
Ham, Junghyun;Jung, Haeryun;Bae, Jongsuk;Lim, Wonseob;Hwang, Keum Cheol;Lee, Kang-Yoon;Park, Cheon-Seok;Yang, Youngoo
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.14
no.6
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pp.802-809
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2014
This paper presents a dual-mode bias modulator (BM) for complementary metal oxide semiconductor (CMOS) power amplifiers (PAs). The BM includes a hybrid buck converter and a normal buck converter for an envelope tracking (ET) mode for high output power and for an average power tracking (APT) mode for low output power, respectively. The dual-mode BM and CMOS PA are designed using a $0.18-{\mu}m$ CMOS process for the 1.75 GHz band. For the 16-QAM LTE signal with a peak-to-average power ratio of 7.3 dB and a bandwidth of 5 MHz, the PA with the ET mode exhibited a poweradded efficiency (PAE) of 39.2%, an EVM of 4.8%, a gain of 19.0 dB, and an adjacent channel leakage power ratio of -30 dBc at an average output power of 22 dBm, while the stand-alone PA has a PAE of 8% lower at the same condition. The PA with APT mode has a PAE of 21.3%, which is an improvement of 13.4% from that of the stand-alone PA at an output power of 13 dBm.
Kim, Seung-Min;Choi, Ju-Yeop;Choy, Ick;Song, Seung-Ho;Lee, Sang-Cheol;Lee, Dong-Ha
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.1
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pp.45-53
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2013
Fuel cell power system is one of the most promising energy source for the alternative energy because it has unique advantages such as high energy density, no power drop during operation, and feasible to make compact size. However, due to very low response time, fuel cell is difficult to correspond to drastic load changes and start-up operation. For solving these problem, fuel cell power system must include energy storage device such as Li-Poly battery or super capacitor. Therefore, bi-directional DC-DC converter must be required for this storage device and fuel cell-PCS control. This paper presents a design and modeling of the bi-directional DC/DC converter. Firstly, we present modeling the boost and buck mode of the bi-directional converter through both PWM switch model and state space averaging technique. Secondly, in order to minimize output ripple and transient response overshoot, we have two identical DC-DC converters interleaved and adopt two-loop voltage-current controller. The proposed bi-directional DC-DC converter's modeling method and control design have been verified with computer simulation and experimentation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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