본 논문에서는 진동에너지 수확을 위한 CMOS 인터페이스 회로를 설계하였다. 제안된 회로는 AC-DC 변환기와 DC-DC 부스트 변환기로 구성된다. AC-DC 변환기는 진동소자(PZT)에서 출력되는 AC 신호를 DC 신호로 변환해주는 역할을 하며, DC-DC 부스트 변환기는 AC-DC 변환기에서 출력된 신호를 원하는 값으로 승압 및 안정화 시키는 역할을 한다. AC-DC 변환기는 효율 특성이 좋은 능동 다이오드를 이용한 전파정류기를 사용하였으며, DC-DC 부스트 변환기는 제어 회로가 간단한 쇼트키 다이오드를 사용한 구조를 이용하였다. 또한 진동소자로부터 최대전력을 수확하기 위한 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기능을 적용하였다. 제안된 회로는 0.35um CMOS 공정으로 설계되었으며, 설계된 칩의 면적은 $530um{\times}325um$이다. 설계된 회로의 성능을 검증한 결과 AC-DC 변환기와 DC-DC 부스트 변환기의 최대 효율은 각각 97.7%와 89.2%이며, 전체회로의 최대 효율은 87.2%이다.
현재 디지털 제품의 사용의 증가로 제품 내부의 DC 전원의 사용이 증가하는 가운데 시스템의 구동전압을 공급하기 위해 기기내부에 장착된 AC/DC컨버터로 인한 입력전류의 역률저하 및 고조파 증가, 그리고 AC/DC 컨버터에서 발생하는 변환 손실 등의 문제가 발생한다. 하이브리드 배전시스템은 기존의 AC부하(전동기 부하 및 변압기 부하)와 DC 부하(컴퓨터, TV, LED조명)에 AC 와 DC 전원을 동시에 공급하며, 직류출력 전원(신재생에너지 및 배터리뱅크)과 상용전원에서 전력을 공급받아 사용자에게 DC 및 AC 전력을 공급해주는 시스템으로 상용전원의 효율을 향상시키고 신재생에너지의 사용 편의성을 올리며 가정에 AC와 DC를 동시에 공급하는데 주목적이 있다. 본 논문을 통해 DC 및 AC 동시 배전을 위해 기존 교류부하의 직류특성에 관한 연구를 하며, 하이브리드 배전의 적절한 DC 전압레벨을 선정한다.
본 연구는 산업체에서 널리 사용되어지고 있는 기존의 3상 AC-DC 컨버터에서 무게와 부피를 획기적으로 줄일 수 있는 고역율 3상 AC-DC컨버터를 제안하였다. 제안된 고역율 3상 AC-DC 컨버터는 LC 필터를 제거 한 상태에서 효율성과 다탕성을 검증함으로써 경량화는 물론 저 비용을 실현할 수 있게 된다. 또한 LC 필터를 제거하였음에도 불구하고 성능 면에서 볼 때 기존의 AC-DC 컨버터와 비슷한 성능을 얻을 수 있으므로 고전력 밀도 및 고역율이 요구되는 항공 우주 분야에 응용이 가능해 질 것으로 기대된다.
This paper presents a high-efficient and cost effective three-phase AC/DC-DC/AC power conversion system with a single two-switch type active Auxiliary Resonant DC Link (ARDCL) snubber circuit, which can minimize the total power dissipation. The active ARDCL snubber circuit is proposed in this paper and its unique features are described. Its operation principle in steady-state is discussed for the three phase AC/DC-DC/AC converter, which is composed of PWM rectifier as power factor correction (PFC) converter, sinewave PWM inverter. In the presented power converter system not only three-phase AC/DC PWM rectifier but also three-phase DC/AC inverter can achieve the stable ZVS commutation for all the power semiconductor devices. It is proved that the proposed three-phase AC/DC-DC/AC converter system is more effective and acceptable than the previous from the cost viewpoint and high efficient consideration. In addition, the proposed two-switch type active auxiliary ARDCL snubber circuit can reduce the peak value of the resonant inductor injection current in order to maximize total system actual efficiency by using the improved DSP based control scheme. Moreover the proposed active auxiliary two-switch ARDCL snubber circuit has the merit so that there is no need to use any sensing devices to detect the voltage and current in the ARDCL sunbber circuit for realizing soft-switching operation. This three-phase AC/DC-DC/AC converter system developed for UPS can achieve the 1.8% higher efficiency and 20dB lower conduction noise than those of the conventional three-phase hard-switching PWM AC/DC-DC/AC converter system. It is proved that actual efficiency of the proposed three-phase AC/DC-DC/AC converter system operating under a condition of soft switching is 88.7% under 10kw output power.
Internet Data Centers (IDCs), which are essential facilities in the modern IT industry, typically have scores of MW of concentrated electric loads. The provision of an Uninterruptible Power Supply (UPS) is necessary for the power feed system of IDCs owing to the need for stable power. Thus, conventional IDC AC power feed systems have three cascaded power conversion stages, (AC-DC), (DC-AC), and (AC-DC), resulting in a very low conversion efficiency. In comparison, DC power feed systems require only a single power conversion stage (AC-DC) to supply AC main power to DC server loads, resulting in comparatively high conversion efficiency and reliability [4-11]. This paper compares the efficiencies of a 220V AC power feed system with those of a 300V DC power feed system under equal load conditions, as established by the Mok-Dong IDC of Korea Telecom Co. Ltd. (KT). Experimental results show that the total operation efficiency of the 300V DC power feed system is approximately 15% higher than that of the 220V AC power feed system.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제1권1호
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pp.67-76
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2012
Due to the increasing amount of applications of power electronic ac-dc converters, it is necessary to design a single-stage converter that can reliably perform both buck and boost operations. Traditionally, this can be achieved by double-stage conversion (ac/dc-dc/dc) which ultimately leads to less efficiency and a more complex control system. This paper discusses two types of modern ac-dc converters. First, the novel impedance-source ac-dc converter, abbreviated as custom Z-source rectifier, is analyzed; and then, switched inductor (SL) Z-source ac-dc converter is proposed. This paper describes the Z-source rectifiers' operating principles, the concepts behind them, and their superiorities. Analysis and simulation results show that the proposed custom Z-source rectifier can step up and step down voltage; and the main advantage of the SL Z-source ac-dc converter is its high step-up capability. Low ripple of the output dc voltage is the other advantage of the proposed converters. Finally, the SL Z-source ac-dc converter is compared with the custom Z-source ac-dc converter.
This paper proposes a new capacitance estimation scheme for a DC-link capacitor in a three-phase AC/DC/AC PWM converter. A controlled AC voltage with a lower frequency than the line frequency is injected into the DC-link voltage, which then causes AC power ripples at the DC side. By extracting the AC voltage and power components on the DC output side using digital filters, the capacitance can then be calculated using the Support Vector Regression (SVR). By training of SVR, a function which relates a given input (capacitor's power) and its corresponding output (capacitance value) can be derived. This function is used to predict outputs for given inputs that are not included in the training set. The proposed method does not require the information of DC-link current and can be simply implemented with only software and no additional hardware. Experimental results confirm that the estimation error is less than 0.16%.
본 논문에서는 진동에너지 수확을 위한 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 CMOS 인터페이스 회로를 설계하였다. 제안된 회로는 AC-DC 변환기, MPPT 제어회로, DC-DC 부스트 변환기, 그리고 PMU(Power Management Unit)로 구성된다. AC-DC 변환기는 진동소자(PZT)에서 출력되는 AC 신호를 DC 신호로 변환해주는 역할을 하며, MPPT 제어회로는 진동소자로부터 최대전력을 수확하여 효율을 높이는 역할을 한다. DC-DC 부스트 변환기는 AC-DC 변환기에서 공급된 에너지를 원하는 값으로 승압 및 안정화 시키는 역할을 하며 PMU를 통해 부하로 에너지를 전달한다. AC-DC 변환기는 효율 특성이 좋은 능동 다이오드를 이용한 전파정류기를 사용하였으며, DC-DC 부스트 변환기는 제어 회로가 간단한 쇼트키 다이오드를 사용한 구조를 사용하였다. 제안된 회로는 0.35um CMOS 공정으로 설계되었으며, 설계된 칩의 면적은 $950um{\times}920um$이다.
In case of the conventional DC-AC inverter using two DC-DC converters with unipolar output capacitor voltages, for generating the AC output voltage, the output capacitor voltages of its each DC-DC converter must be higher than the DC input voltage. To solve this problem, this paper proposes a single-phase DC-AC inverter using two embedded Z-source converters with bipolar output capacitor voltages. The proposed inverter is composed of two embedded Z-source converters with common DC source and output AC load. The AC output voltage is obtained by the difference of the output capacitor voltages of each converter. Though the output capacitor voltage of converter is relatively low compared to the conventional method, it can be obtained the same AC output voltage. Moreover, by controlling asymmetrically the output capacitor voltage, the AC output voltage of the proposed system is higher than the DC input voltage. To verify the validity of the proposed system, a DSP(TMS320F28335) based single-phase embedded Z-source DC-AC inverter was made and the PSIM simulation was performed under the condition of the DC source 38V. As controlled symmetrically and asymmetrically the output capacitor voltages of each converter, the proposed inverter could produce the AC output voltage with sinusoidal waveform. Particularly, in case of asymmetric control, a higher AC output voltage was obtained. Finally, the efficiency of the proposed system was measured as 95% and 97% respectively in case of symmetric and asymmetric control.
If DC voltage adjustment can be controlled very easily, it is much more effective rather than AC in transmission efficiency. The main reason why DC is more effective than AC, DC has the same role as the 70[%] of AC whenever the same power send. In addition, AC streams the surface of electrical wire, but DC streams overall of electrical wire. Digital load, which is operated by DC, has increased in modern times. The step of convert of AC-DC has to be reduced. When we turn the dispersed AC-DC converters into the concentrated AC-DC converter, it can improve the effective of the whole system. Further more, if digital society develops more than now and the time of electric vehicle comes, the need of DC will increase much more than these days. This paper suggests that DC output of distributed power source and high efficient 3 phase PWM converter can control the adjustment of output voltage, harmonic restraint, power factor improvement and dump power.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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