Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.7
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pp.111-121
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2014
A bi-directional DC-DC converter has been developed for a wireless power transceiver which enables a device to receive and transmit power wireless. Generally, the wireless power transceiver requires two DC-DC covnerter and two external inductors. However, the proposed wireless power transceiver requires only one DC-DC converter and one inductor, allowing small form-factor. The bi-directional DC-DC converter implemented in $0.35{\mu}m$ BCDMOS process operates as a buck converter at the wireless power receiving mode and the power efficiency is 91% when the ouput power is 3W. In the wireless power transmitter mode, the DC-DC converter operates as a boost converter. With the bi-directional DC-DC converter and the proposed efficiency maximizing techniques, the power efficiency of wireless power transceiver is 81.7% in receiver mode and 76.5% in transmitter mode.
This paper presents a novel circuit topology of a DC bus line series switch and parallel snubbing capacitor-assisted soft-switching PWM full-bridge inverter type DC-DC power converter with a high frequency planar transformer link, which is newly developed for high performance arc welding machines in industry. The proposed DC-DC power converter circuit is based upon a voltage source-fed H type full-bridge soft-switching PWM inverter with a high frequency transformer. This DC-DC power converter has a single power semiconductor switching device in series with an input DC low side rail and loss less snubbing capacitor in parallel with the inverter bridge legs. All the active power switches in the full-bridge arms and DC bus line can achieve ZCS turn-on and ZVS turn-off transition commutation. Consequently, the total switching power losses occurred at turn-off switching transition of these power semiconductor devices; IGBTs can be reduced even in higher switching frequency bands ranging from 20 kHz to 100 kHz. The switching frequency of this DC-DC power converter using IGBT power modules can be realized at 60 kHz. It is proved experimentally by power loss analysis that the more the switching frequency increases, the more the proposed DC-DC power converter can achieve a higher control response performance and size miniaturization. The practical and inherent effectiveness of the new DC-DC converter topology proposed here is actually confirmed for low voltage and large current DC-DC power supplies (32V, 300A) for TIG arc welding applications in industry.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.19
no.3
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pp.240-248
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2014
It is DC power that Output of renewable energy being recently developed and researched. Also, demand of DC power will expect to proliferate due to increase of digital load. Thus, DC distribution system providing high quality of power and reliability has emerged as a new distribution system. If the conventional distribution systems are substituted by proposed DC distribution system, the output of renewable energy can be connected with distribution systems under minimum power conversion. Therefore, in the event of connection with DC load, it can construct an efficient distribution system. In this paper, the integrated parallel operation of power conversion module for DC distribution system is proposed. Also, this paper proposed modularization of power conversion devices for DC distribution system and power control for parallel operation of large capacity system. DC distribution system consists of three power conversion modules such as AC/DC power conversion module 2 set, ESS module 1 set. DC distribution system controls suitable operation depending on the status of the DC power distribution system and load. Integrated operation of these systems is verified by simulation and experiment results.
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.
Ahmed Tarek;Nagai Shinichiro;Hiraki Eiji;Nakaoka Mutsuo
Journal of Power Electronics
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v.5
no.2
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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 the conventional dc-dc converter, a pair of additional diode and the adjacent passive component capacitor/inductor can be added to the circuit with an X-shape connection, which generates a family of new topologies. The novel circuits, also called diode-assisted dc-dc converter, enhance the voltage boost/buck capability and have a great potential for high step-up/step-down power conversions. This paper mainly investigates and compares conventional dc-dc converter and diode-assisted dc-dc converter in wide range power conversion from the aspects of silicon devices, passive components requirements, electro-magnetic interference (EMI) and efficiency. Then, a comprehensive comparison example of a high step-up power conversion system was carried out. The two kinds of boost dc-dc converters operate under the same operation conditions. Mathematical analysis and experiment results verify that diode-assisted dc-dc converters are very promising for simultaneous high efficiency and high step-up/step-down power conversion in distributed power supply systems.
This paper presents a high-efficiency power conditioning system (PCS) for grid-connected photovoltaic (PV) modules. The proposed PCS consists of a step-up DC-DC converter and a single-phase DC-AC inverter for the grid-connected PV modules. A soft-switching step-up DC-DC converter is proposed to generate a high DC-link voltage from the low PV module voltage with a high-efficiency. A DC-link voltage controller is presented for constant DC-link voltage regulation. A half-bridge inverter is used for the single-phase DC-AC inverter for grid connection. A grid current controller is suggested to supply PV electrical power to the power grid with a unity power factor. Experimental results are obtained from a 180 W grid-connected PV module system using the proposed PCS. The proposed PCS achieves a high power efficiency of 93.0 % with an unity power factor for a 60 Hz / 120 Vrms AC power grid.
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.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.1
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pp.54-62
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2013
This paper proposes a high-efficiency DC-DC converter with improved dynamic response characteristics for modular photovoltaic power conversion. High power efficiency is achieved by reducing switching power losses of the DC-DC converter. The voltage stress of power switches is reduced at primary side. Zero-current switching of output diodes is achieved at secondary side. A modified proportional and integral controller is suggested to improve the dynamic responses of the DC-DC converter. The performance of the proposed converter is verified based on a 200 [W] modular power conversion system including the grid-tied DC-AC inverter. The proposed DC-DC converter achieves the efficiency of 97.9 % at 60 [V] input voltage for a 200 [W] output power. The overall system including DC-DC converter and DC-AC inverter achieves the efficiency of 93.0 % when 200 [W] power is supplied into the grid.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.63
no.5
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pp.713-718
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2014
DC urban railway power system consists of DC power network and AC power network. The DC power network supplies electric power to railway vehicles and the AC power network supplies electric power to station electric equipment. Recently, because of power consumption reduction and peak load shaving, intelligent measurement of regenerative energy and renewable energy adapted on DC urban railway is required. For this reason, DC smart metering system for DC power network shall be developed. Therefore, in this paper, DC voltage sensor, current sensor, and DC smart meter were developed and evaluated by performance test. DC voltage sensor was developed for measuring standard voltage range of DC urban railway, and DC current sensor was developed as hall effect split core type in order to install in existing system. DC smart meter possesses function of general intelligent electric power meter, such as measuring electricity and wireless communication etc. And, DC voltage sensor showed average 0.17% of measuring error for 2,000V/50mA, and current sensor showed average 0.21% of measuring error for ${\pm}2,000V/{\pm}4V$ in performance test. Also DC smart meter showed maximum 0.92% of measuring error for output of voltage sensor and current sensor. In similar environment for real DC power network, measuring error rate was under 0.5%. In conclusion, accuracy of DC smart metering system was confirmed by performance test, and more detailed performance will be verified by further real operation DC urban railway line test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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