In this paper, a single-phase current-source bidirectional converter topology for V2G applications is proposed. The proposed converter consists of a single-phase current-source rectifier (SCSR) and an auxiliary switching network (ASN). It offers bidirectional power flow between the battery and the grid in the buck or boost mode and expands the output voltage range, so that it can be compatible with different voltage levels. The topology structure and operating principles of the proposed converter are analyzed in detail. An indirect control algorithm is used to realize the charging and discharging of the battery. Finally, the semiconductor losses and system efficiency are analyzed. Simulation and experimental results demonstrate the validity and effectiveness of the proposed topology.
The Low Voltage DC-DC converters (LDCs) of the Electric Vehicles require high power density and high efficiency operation over the wide range of load and input voltage variations. This paper introduces a novel topology which combines three 1 MHz Half-Bridge (HB) LLC resonant converters and an Inverting Buck-Boost (IBB) converter to adjust the output voltage without frequency modulation. The switching frequency of the proposed converter is fixed at 1MHz to achieve a constant frequency operation for the resonant converter. In the proposed topology GaN FETs and planar transformers are employed to optimize the converter operation at high frequency. A 1 MHz/1.8 kW prototype converter is built to verify the feasibility and the validity of the proposed LDC topology.
본 논문은 비상전원 공급장치를 위한 넓은 입력전압 범위를 갖는 DC/DC 컨버터를 제안하고 그 설계 및 제작에 대하여 기술한다. 컨버터의 입력전압은 30V~400V이며 출력전압은 48V로, 2단 구성의 컨버터를 제안한다. 제안된 컨버터는 벅부스트 컨버터와 소프트 스위칭 특성을 갖는 LLC 공진 컨버터로 구성되며 LLC공진 컨버터는 고정주파수로 동작하며 벅부스트 컨버터에서 제어동작을 수행하여 제어를 단순화한다. 모의실험을 통해 설계된 회로를 검증하고 실제 300W급의 세트를 제작하여 그 성능을 검증한다.
The two-stage converter is widely used in traditional DC/AC inverter. It has several disadvantages such as complex topology, large volume and high loss. In order to overcome these shortcomings, a novel half load-cycle worked dual SEPIC single-stage inverter, which is based on the analysis of the relationship between input and output voltages of SEPIC converters operating in the discontinuous conduction mode (DCM), is presented in this paper. The traditional single-stage inverter has remarkable advantages in small and medium power applications, but it can’t realize boost DC/AC output directly. Besides one pre-boost DC/DC converter is needed between the DC source and the traditional single-stage inverter. A novel DC/AC inverter without pre-boost DC/DC converter, which is comprised of two SEPIC converters, is studied. The output of dual SEPIC converters is connected with anti-parallel and half load-cycle control is used to realize boost and buck DC/AC output directly and work properly, whatever the DC input voltage is higher or lower than the AC output voltage. The working principle, parameter selection and the control strategy of the inverters are analyzed in this paper. Simulation and experiment results verify the feasibility of the new inverter.
This paper introduces the bidirectional dc-dc converter design case study, which employs silicon-carbide (SiC) MOSFETs for battery energy storage system (BESS). This converter topology is selected as bidirectional synchronous buck converter, which is composed of a half bridge converter, an inductor, and a capacitor, where the converter has less conduction loss than that of a unidirectional buck and boost converter, and to improve the converter efficiency, both the power stage design and power conversion architecture are described in detail. The conduction and switching losses are compared among three different SiC devices in this paper. In addition, the thermal analysis using Maxwell software of each switching device supports the loss analyses, in which both the 2 kW prototype analyses and experimental results show very good agreement.
상태 공간 평균화 모델은 강압형, 승압형 및 승 강압형 DC/DC 컨버터에 적용이 가능하며, 특별한 계산이 필요 없는 높은 정밀도가 증명된 모델이다. 이러한 모델은 전류연속모드(CCM) DC/DC 컨버터에서 확립되었으며, 본 논문에서는 컨버터의 전류연속모드(CCM) 모델로부터 의미 있는 결론을 유도하고자 한다. 본 논문에서는 스위치 평균모델을 이용한 DC/ DC 컨버터의 전류불연속모드(DCM) 모델링 및 임계특성에 관하여 논하였다. 스위치 평균 모델은 전류연속모드(CCM)와 전류불연속모드(DCM) 사이의 DC/DC 컨버터의 경계 조건에 대한 모델로부터 유추할 수 있으며, 시뮬레이션과 실험에 의해서 스위치의 평균 모델의 주파수 응답 특성을 예측할 수 있었다. 본 연구에서는 MOSFET를 사용하여 입력전압 15[V], 출력전압 24[V], 출력전력 24[W]급 시스템을 제작하여 실험하였다.
Khan, Shakil Ahamed;Rahim, Nasrudin Abd.;Bakar, Ab Halim Abu;Kwang, Tan Chia
Journal of Power Electronics
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제15권2호
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pp.356-365
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2015
This paper presents a new single phase front-end ac-dc bridgeless power factor correction (PFC) rectifier topology. The proposed converter achieves a high efficiency over a wide range of input and output voltages, a high power factor, low line current harmonics and both step up and step down voltage conversions. This topology is based on a non-inverting buck-boost (Zeta) converter. In this approach, the input diode bridge is removed and a maximum of one diode conducts in a complete switching period. This reduces the conduction losses and the thermal stresses on the switches when compare to existing PFC topologies. Inherent power factor correction is achieved by operating the converter in the discontinuous conduction mode (DCM) which leads to a simplified control circuit. The characteristics of the proposed design, principles of operation, steady state operation analysis, and control structure are described in this paper. An experimental prototype has been built to demonstrate the feasibility of the new converter. Simulation and experimental results are provided to verify the improved power quality at the AC mains and the lower conduction losses of the converter.
본 논문은 V2G를 위한 Bidirectional OBC를 제안한다. 상용화 시 적시 적용 가능한 높은 역/전송 효율의 Bidirectional OBC 전력회로를 제안하고 베터리 전력을 입력원으로 분산형 전력공급 장치에서 요구하는 품질을 만족하는 전력 생산을 위해 계통연계 회로 및 제어 기술을 제안한다. Bidirectional OBC의 PFC Type은 양방향 구현을 위해 기존 MOSFET과 Diode로 구현된 구조와 달리 모두 IGBT를 이용하여 Single Phase Inverter를 구현 하였으며, IGBT 이용 시 예측되는 Reverse Recovery Loss 개선을 위하여 Hybrid Switch 구조를 제안 하였다. Bidirectional OBC의 DC/DC Type은 전송 및 역송에 따라 Buck동작과 Boost 동작이 가능하도록 설계 하였고 Secondary LC Resonant Topology 가변구조법을 사용 하였다.
The design of DC-DC converters for power electronic interfaces in power management systems for Hybrid Electric Vehicle (HEV) is a very challenging task. In this paper, the considered topology is the hi-directional buck-boost converter and inverter system. If we make the converter side DC link current the same as the inverter side DC link current in a converter-inverter system, no current will flow through the BC link capacitor and as a result, no DC link voltage variation occurs. This leads to the possibility of reducing small th size of DC link capacitors which are expensive, bulky. Therefore we propose the converter current controller which can manage to match inverter and converter current at the DC link.
Han, Timothy Junghee;Preston, Jared;Ouwerkerk, David
Journal of Power Electronics
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제13권4호
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pp.584-591
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2013
In this paper, a hybrid booster power module with Si IGBT and Silicon Carbide (SiC) Schottky Barrier Diode (SBDs) is presented. The switching characteristics of the hybrid booster module are compared with commercial Silicon IGBT/Si PIN diode based modules. We applied the booster power module into a non-isolated on board vehicle charger with a simple buck-booster topology. The performances of the on-vehicle charger are analyzed and measured with different power modules. The test data is measured in the same system, at the same points of operation, using the conventional Si and hybrid Si/SiC power modules. The measured power conversion efficiency of the proposed on-vehicle charger is 96.4 % with the SiC SBD based hybrid booster module. The conversion efficiency gain of 1.4 % is realizable by replacing the Si-based booster module with the Si IGBT/SiC SBD hybrid boost module in the 6.6 kW on-vehicle chargers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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