In this paper, a dual-converter three-phase pulse width modulation (PWM) rectifier based on unbalanced one-cycle control (OCC) strategy is proposed. The proposed rectifier is used to eliminate the second harmonic waves of DC voltage and distortion of line currents under unbalanced input grid voltage conditions. The dual-converter PWM rectifier employs two converters, which are called positive-sequence converter and negative-sequence converter. The unbalanced OCC system compensates feedback currents of positive-sequence converter via grid negative-sequence voltages, as well as compensates feedback currents of negative-sequence converter via grid positive-sequence voltages. The AC currents of positive- and negative-sequence converter are controlled to be symmetrical. Thus, the workload of every switching device of converter is balanced. Only one conventional PI controller is adopted to achieve invariant power control. Then, the parameter tuning is simplified, and the extraction for positive- and negative-sequence currents is not needed anymore. The effectiveness and the viability of the control strategy are demonstrated through detailed experimental verification.
Ahmed Tarek;Nagai Shinichiro;Hiraki Eiji;Nakaoka Mutsuo
Journal of Power Electronics
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제5권2호
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pp.99-103
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2005
In this paper, a novel circuit topology of a three-winding coupling inductor-assisting a high-frequency PWM boost chopper type DC-DC power converter with a high boost voltage conversion ratio and low switch voltage stress is proposed for the new energy interfaced DC power conditioner in solar photovoltaic and fuel cell generation systems. The operating principle in a steady state is described by using its equivalent circuits under the practical condition of energy processing of a lossless capacitive snubber. The newly-proposed power MOSFET boost chopper type DC-DC power converter with the three-winding coupled inductor type transformer and a single lossless capacitor snubber is built and tested for an output power of 500W. Utilizing the lower voltage and internal resistance power MOSFET switch in the proposed PWM boost chopper type DC-DC power converter can reduce the conduction losses of the active power switch compared to the conventional model. Therefore, the total actual power conversion efficiency under a condition of the nominal rated output power is estimated to be 81.1 %, which is 3.7% higher than the conventional PWM boost chopper DC power conversion circuit topology.
In this study, a 70 W buck converter using GaN metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) is developed. This converter exhibits over 97 % efficiency, high power density, and 48 V-to-12 V/1.2 V/1 V (triple output). Three gate drivers and six GaN MOSFETs are placed in a 1 ㎠ area to enhance power density and heat dissipation capacity. The theoretical switching and conduction losses of the GaN MOSFETs are calculated. Inductances, capacitances, and resistances for the output filters of the three buck converters are determined to achieve the desired current, voltage ripples, and efficiency. An equivalent circuit model for the thermal analysis of the proposed triple-output buck converter is presented. The junction temperatures of the GaN MOSFETs are estimated using the thermal model. Circuit operation and temperature analysis are evaluated using a circuit simulation tool and the finite element analysis results. An experimental test bed is built to evaluate the proposed design. The estimated switch and heat sink temperatures coincide well with the measured results. The designed buck converter has 130 W/in3 power density and 97.6 % efficiency.
This paper presents the application of a single phase AC-to-DC converter using a three-phase series parallel (SPRC) resonant converter to variable speed dc-drive. The improved power quality converter gives the input power factor unity over a wide speed range, reduces the total harmonic distortion (THD) of ac input supply current, and makes very low ripples in the armature current and voltage waveform. This soft-switching converter not only possesses the advantages of achieving high switching frequencies with practically zero switching losses but also provides full ranges of voltage conversion and load variation. The proposed drive system is the most appropriate solution to preserve the present separately excited de motors in industry compared with the use of variable frequency ac drive technology. The simulation and experimental results are presented for variable load torque conditions. The variable frequency control scheme is implemented using a DSP- TMS320LF2402. This control reduces the switching losses and current ripples, eliminates the EMI and improves the efficiency of the drive system. Experimental results confirm the consistency of the proposed approach.
Taherbaneh, Mohsen;Rezaie, Amir H.;Ghafoorifard, Hasan;Mirsamadi, Maddad;Menh, Mohammad B.
Journal of Power Electronics
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제11권5호
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pp.621-631
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2011
In space qualified DC-DC converters, optimization of the following electrical characteristics is of greater interest in comparison with other specifications; power loss/efficiency, output voltage ripple and volume/weight. The main goal of this paper is to present an appropriate solution for optimizing the above mentioned characteristics. For this purpose, a comprehensive power loss model of a DC-DC converter is fully developed. Proper models are also demonstrated for assessment of the output voltage ripple and the utilized transformer volume as the bulkiest component in a DC-DC converter. In order to provide a test bed for evaluation of the proposed models, a 50W push-pull DC-DC converter is designed and implemented. Finally, a novel cost function with three assigned weight functions is proposed in order to have a trade-off among the power loss, the output voltage ripple and the utilized transformer volume of the converter. The cost function is optimized for applications in which volume has the highest priority in comparison with power loss and ripple. The optimization results show that the transformer volume can be decreased by up to 51% and this result is verified by experimental results. The developed models and algorithms in this paper can be used for other DC-DC converter topologies with some minor modifications.
This paper proposes a three-phase single-stage AC-DC converter for the small wind generation system. Input power factor improvement and insulated output can be implemented with the proposed three-phase single-stage AC-DC converter under the wide power generation voltage (80-260 Vac) and frequency (10-42 Hz) in a small wind power generation (WPG) system. The proposed converter is also capable of zero-voltage switching in the primary-side switches and zero-current switching in the secondary-side diodes by phase-shift control at a fixed switching frequency. In addition, it is possible to control a wide output voltage (Vo: 39 VDC-60 VDC) by varying the link voltage and improving the input power factor (PF) and the total harmonic distortion factor (THDi). Simulation and experimental results verified the validity of the proposed converter.
A new single stage power factor correction(PFC) AC/DC converter based on zero voltage switching(ZVS) full bridge topology is proposed. Since the series-connected two transformers act as both output inductor and main transformer by turns, the proposed converter has a wide ZVS range without additional devices for ZVS. Furthermore, since there is no need to use an output inductor, the proposed converter features high power density. The proposed converter gives the good power factor correction and low line current harmonics distortion. A mode analysis and experiment results are presented to verify the validity of the proposed converter.
Kim, Duk-You;Kim, Jae-Kuk;Lee, Woo-Jin;Moon, Gun-Woo
전력전자학회:학술대회논문집
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전력전자학회 2008년도 하계학술대회 논문집
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pp.382-384
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2008
Hold-up time is a special requirement for the front end DC/DC converter in a server power supply. It forces the converter with the variable switching frequency to operate in a wide switching frequency range, which makes the regulation difficult and reduces the power density. In this paper a novel frequency controlled half bridge converter with the hold-up time extension circuit is proposed. During the hold-up time, the auxiliary switches are turned on, thus the resonant inductance is reduced and the voltage conversion ratio is increased. Therefore, the output capacitor of the power factor correction (PFC) circuit can be decreased, and the converter can have high power density. The proposed converter is verified by experimental results from a prototype with 700W, 400V input, and 12V output.
This paper presents a new method to compensate the non-linearity for matrix converter drives using PQR instantaneous Power theory. The non-linearity of matrix converter drives such as commutation delay, turn-on and turn-off time of switching device, and on-state switching device voltage drop is modelled by PQR power theory and compensated using a reference current control scheme. The proposed method does not need any additional hardware and off-line experimental measurements. The proposed compensation method is applied for high performance induction motor drives using a 3 kW matrix converter system without a speed sensor. Simulation and experimental results show the proposed method using PQR power theory Provides good compensating characteristic.
본 연구에서는 고역률로 동작하면서 입력전류의 고조파성분을 크게 억제시키는 AC/DC 스위치모드 콘버어터의 기본적인 동작을 해석하고, 이를 기초로 수학적모델을 도출하여 전체 회로의 동작을 나타내는 모의실험방법을 제시한다. 제시된 모의실험모델로써 필터나 부스트인덕터 등의 회로구성요소의 정격을 결정하거나 정상 및 고장 운전조건하에서의 동작을 해석할 수 있음으로써 전체회로의 설계기준을 정할 수 있을 것이다. 모의실험결과가 실제 실험결과와 거의 일치함을 보임으로써 제시한 모의실험모델의 타당성을 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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