In this paper, a new three-port multidirectional DC-DC converter is proposed for integrating an energy storage system (ESS) to a bipolar DC microgrid (BPDCMG). The proposed converter provides a voltage-balancing function for the BPDCMG and adjusts the charge of the ESS. Thanks to the multi-functional operation of the proposed converter, the conversion stages of the system are reduced. In addition, the efficiency and weight of the system are improved. Therefore, this converter has a significant capability when it comes to use in portable BPDCMGs such as electric DC ships. The converter modes are analyzed and small-signal models of the converter in each of the independent modes are extracted. Finally, comprehensive simulation studies are carried out and a BPDCMG laboratory prototype is implemented in order to verify the performance of the proposed voltage balancer using the burst mode control scheme.
This paper presents a simple input-constrained current controller for a DC/DC boost converter with stability analysis that considers the nonlinearity of the converter model. The proposed controller is designed to satisfy the inherent input constraints of the converter under a physically reasonable assumption, which is the first contribution of this paper. The second contribution is providing a rigorous proof of the proposed control law, which keeps the closed-loop system along with the internal dynamics stable. The performance of the proposed controller is demonstrated through an experiment employing a 20-kW DC/DC boost converter.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.20
no.4
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pp.313-320
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2015
This study deals with a bidirectional interleaved soft switching DC-DC converter for a wide range of input voltages. The proposed converter operates in complementary switching with the purpose of inductor size reduction and zero-voltage switching (ZVS) operation. The current ripple related to complementary switching is minimized by three-phase interleaved operation. The main characteristics of the proposed topology are its soft-switching method of operation and its simple structure. The soft-switching operation and the system efficiency of the proposed converter are verified by experimental results.
This paper presents a new high step-up dc/dc converter for renewable energy systems in which a high voltage gain is provided by using a coupled inductor. The operation of the proposed converter is based on a charging capacitor with a single power switch in its structure. A passive clamp circuit composed of capacitors and diodes is employed in the proposed converter for lowering the voltage stress on the power switch as well as increasing the voltage gain of the converter. Since the voltage stress is low in the provided topology, a switch with a small ON-state resistance can be used. As a result, the losses are decreased and the efficiency is increased. The operating principle and steady-states analyses are discussed in detail. To confirm the viability and accurate performance of the proposed high step-up dc-dc converter, several simulation and experimental results obtained through PSCAD/EMTDC software and a built prototype are provided.
Park, Jun-Soo;Song, Bo-Bae;Yoo, Dae-Yeol;Lee, Joo-Young;Koo, Yong-Seo
Journal of IKEEE
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v.17
no.1
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pp.77-82
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2013
In this paper, dc-dc buck converter controled by the peak current-mode pulse-width-modulation (PWM) presented. Based on the small-signal model, we propose the novel methods of the power stage and the systematic stability designs. To improve the reliability and performance, over-temperature and over-current protection circuits have been designed in the dc-dc converter systems. To prevent electrostatic An electrostatic discharge (ESD) protection circuit is proposed. The proposed dc-dc converter circuit exhibits low triggering voltage by using the gate-substrate biasing techniques. Throughout the circuit simulation, it confirms that the proposed ESD protection circuit has lower triggering voltage(4.1V) than that of conventional ggNMOS (8.2V). The circuit simulation is performed by Mathlab and HSPICE programs utilizing the 0.35um BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) process parameters.
Ahmed Tarek;Chandhaket Srawouth;Nakaoka Mutsuo;Jung Song Hwa;Lee Hyun-Woo
Journal of Power Electronics
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v.4
no.4
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pp.237-245
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2004
In this paper, a two-switch high frequency flyback transformer linked zero voltage soft switching PWM DC-DC power converter implemented for distributed DC- feeding power conditioning supplies is proposed and discussed. This switch mode power converter circuit is mainly based on two main active power semiconductor switches and a main flyback high frequency transformer linked DC-DC converter in which, two passive lossless quasi-resonant snubbers with pulse current regeneration loops for energy recovery to the DC supply voltages composed of a three winding auxiliary high frequency pulse transformer, auxiliary capacitors and auxiliary diodes for inductive energy recovery discharge blocking due to snubber capacitors are introduced to achieve zero voltage soft switching from light to full load conditions. It is clarified that the passive resonant snubber-assisted soft switching PWM DC-DC power converter has some advantages such as simple circuit configuration, low cost, simple control scheme, high efficiency and lowered noises due to the soft switching commutation. Its operating principle is also described using each mode equivalent circuit. To determine the optimum resonant snubber circuit parameters, some practical design considerations are discussed and evaluated in this paper. Moreover, through experimentation the practical effectiveness of the proposed soft switching PWM DC-DC power converter using IGBTs is evaluated and compared with a hard switching PWM DC-DC power converter.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.19
no.1
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pp.23-30
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2014
This paper proposes a single power-conversion ac-dc converter with a dc-link capacitor-less and high power factor. The proposed converter is derived by integrating a full-bridge diode rectifier and a series-resonant active-clamp dc-dc converter. To obtain a high power factor without a power factor correction circuit, this paper proposes a suitable control algorithm for the proposed converter. The proposed converter provides single power-conversion by using the proposed control algorithm for both power factor correction and output control. Also, the active-clamp circuit clamps the surge voltage of switches and recycles the energy stored in the leakage inductance of the transformer. Moreover, it provides zero-voltage turn-on switching of the switches. Also, a series-resonant circuit of the output-voltage doubler removes the reverse-recovery problem of the output diodes. The proposed converter provides maximum power factor of 0.995 and maximum efficiency of 95.1% at the full-load. The operation principle of the converter is analyzed and verified. Experimental results for a 400W ac-dc converter at a constant switching frequency of 50kHz are obtained to show the performance of the proposed converter.
This paper presents a new circuit topology of DC busline switch and snubbing capacitor-assisted full-bridge soft-switching PWM inverter type DC-DC power converter with a high frequency link for low voltage large current applications as DC feeding systems, telecommunication power plants, automotive DC bus converters, plasma generator, electro plating plants, fuel cell interfaced power conditioner and arc welding power supplies. The proposed power converter circuit is based upon a voltage source-fed H type full-bridge high frequency PWM inverter with a high frequency transformer link. The conventional type high frequency inverter circuit is modified by adding a single power semiconductor switching device in series with DC rail and snubbing lossless capacitor in parallel with the inverter bridge legs. All the active power switches in the full-bridge inverter arms and DC busline can achieve ZVS/ZVT turn-off and ZCS turn-on commutation operation. Therefore, the total switching losses at turn-off and turn-on switching transitions of these power semiconductor devices can be reduced even in the high switching frequency bands ranging from 20 kHz to 100 kHz. The switching frequency of this DC-DC power converter using IGBT power modules is selected to be 60 kHz. It is proved experimentally by the power loss analysis that the more the switching frequency increases, the more the proposed DC-DC converter can achieve high performance, lighter in weight, lower power losses and miniaturization in size as compared to the conventional hard switching one. The principle of operation, operation modes, practical and inherent effectiveness of this novel DC-DC power converter topology is proved for a low voltage and large current DC-DC power supplies of arc welder applications in industry.
The control method of the bidirectional DC/DC converter for instantaneous regenerative current control is described in this paper. The general method to control the DC/DC converter is the output voltage control. However, the regenerative current cannot be controlled to be constant with this control method. To improve the performance of the conventional control method, the DC-link voltage of the inverter is controlled within the tolerance range by the instantaneous boost and buck operations of the bidirectional DC/DC converter. By the proposed control method, the battery current can be controlled to be constant regardless of the motor speed variation. The improved performance of the DC/DC converter controlled by the proposed control method is verified by the experiment and simulation of the system with the inverter and IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) which is operated by the reduced practical speed profile.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.6
no.2
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pp.209-216
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2001
The conventional three-level high frequency phase-shifted dc/dc converter has a disadvantage that a circulating current flows through transformer and switching devices during the freewheeling interval. Due to this circulating current and RMS current stress, conduction losses of transformer and switching devices increases. To alleviate these problems, we propose an improved three-level Zero Voltage and Zero Current Switchig (ZVZCS) dc/dc converter using a tapped inductor, a snubber capacitor and two snubber diodes attached at the secondary side of transformer. The proposed ZVZCS converter is verified on a 7kW, 30kHz experimental prototype.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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