This paper presents a high-efficiency Switch Mode Line Transformer (SMLT) composed of load-shared dual modules, which is based on the AC/AC LLC resonant converter. Given that the conventional adaptor is usually composed of two power stages, namely, the PFC and DC/DC converters, its system size can be increased according to the output power. However, given that the proposed SMLT can separate the PFC converter from the adaptor, the size reduction of the system can be achieved. Meanwhile, the SMLT with a single module has the limit of the size reduction because of a high resonant current. Thus, it can be configured with dual or multiple modules to reduce the resonant current. Then, their load sharing can be guaranteed by only the proposed transformer structure without an extra current controller. The validity of the proposed converter is proven through a 850-W prototype.
A bipolar DC distribution system suffers from an imbalance in voltages when asymmetric loads are connected at the outputs. Dedicated voltage balancers are required to address the imbalance in bipolar voltage levels. However, additional components eventually increase the cost and decrease the efficiency and power density of the system. Therefore, to deal with the imbalance in output voltages without adding any extra components, this study presents a coupled inductor-based voltage balancing technique with a dual-output CLL resonant converter. The proposed coupled inductor does not require extra magnetic components to balance the output voltages because it is the result of resonant inductors of the CLL tank circuit. It can also avoid complex control schemes applied to voltage balancing. Moreover, with the proposed coupled inductor, the CLL converter acquires good features including zero voltage and zero current switching. Detailed analysis of the proposed coupled inductor is presented with different load conditions. A 3.6-kW hardware prototype was built and tested to validate the performance of the proposed coupled inductor-based voltage balancing technique.
This paper proposes an operating frequency design method that limits the voltage applied to aload-side converter during the initial operation of a loosely coupled resonant dual-active bridge (LCR-DAB) converter and an initial operating strategy that applies it. The LCR-DAB converter uses two wireless power transfer coils instead of the high-frequency transformer of the general DAB converter. The wireless power coil has a physical distance of several tens of millimeter or more between the two coils; thus, the LCR-DAB converter is a bidirectional isolated power conversion system that can easily achieve high insulation performance. However, for the initial operation of the LCR-DAB, if the power-side converter is operated at the resonance frequency while the load-side converter is not operating, then a very high voltage due to resonance is applied to the load-side converter, thereby causing damage to the converter. Therefore, a method that can stably charge the DC link voltage of the secondary-side converter during the initial operation is needed. This paper proposes a method to initially charge the secondary-side DC link by operating the primary-side converter at a frequency with limited voltage gain rather than at a steady-state operating frequency. The validity of the proposed frequency design method and initial operating sequence is verified through simulation and experimentation of the 1 KW LCR-DAB converter.
The performance of an isolated high voltage full bridge converter is improved using a voltage doubler. In a conventional high voltage full bridge converter, the diode of the transformer secondary voltage undergoes a voltage spike due to the leakage inductance of the transformer and the resonance occurring with the parasitic capacitance of the diode. In addition, in the phase shift control, conduction loss largely increases from the freewheeling mode because of the circulating current. The efficiency of the converter is thus reduced. However, in the proposed converter, the high voltage dual converter consists of a voltage doubler because the circulating current of the converter is reduced to increase efficiency. On the other hand, in the proposed converter, an input current is distributed when using parallel input / serial output and the output voltage can be doubled. However, the voltages in the 2 serial DC links might be unbalanced due to line impedance, passive and active components impedance, and sensor error. Considering these problems, DC injection is performed due to the complementary operations of half bridge inverters as well as the disadvantage of the unbalance in the DC link. Therefore, the serial output of the converter needs to control the balance of the algorithm. In this paper, the performance of the conventional converter is improved and a balance control algorithm is proposed for the proposed converter. Also, the system of the 1.5[kW] PCS is verified through an experiment examining the operation and stability.
Cross regulation is a key technical issue of single-inductor multiple-output (SIMO) DC-DC converters. This paper investigates the cross regulation in single-inductor dual-output (SIDO) Buck converters with continuous conduction mode (CCM) operation. The expressions of the DC voltage gain, control to the output transfer function, cross regulation transfer function, cross coupled transfer function and impedance transfer function of the converter are presented by the time averaging equivalent circuit approach. A small signal model of a SIDO CCM Buck converter is built to analyze this cross regulation. The laws of cross regulation with respect to various load conditions are investigated. Simulation and experiment results verify the theoretical analysis. This study will be helpful for converter design to reduce the cross regulation. In addition, a control strategy to reduce cross regulation is performed.
As a part of stringent emission regulations, OBD on a converter is requested by EU and CARB. It demands that MIL is light-on to inform the failure to the driver when the converter is failed in its function. Usually dual oxygen sensor method is used for converter OBD. For this, detail methods, like amplitude ratio, time delay and frequency ratio methods are adapted for vehicle application. Actually, the cars produced later than MY94 for US market are using one of these methods. In this study, OSCs of converters are investigated with an absolute measuring method. The converters are aged with a furnace aging, an engine bench aging and vehicle aging method to represent various aging condition in field applications. An OBD index that is used for TLEVs regulation is also investigated to find a relation between two parameters. The relations of these parameters with THC emission on vehicle are evaluated.
An extension of the one-cycle control (OCC) method for switched-capacitor (SC) converters is proposed in this paper, featuring a fast dynamic response, wide line and load operation ranges, and simplicity in implementation. To illustrate the operation principle of this nonlinear control method and to demonstrate its simplicity in design, a dual-phase unity gain SC converter is examined. A new control loop based on the charge balance in a flying capacitor is formulated for the OCC technique and implemented with a 15W dual-phase unity gain SC converter on a circuit board for control verification. The obtained experimental results show that external disturbances can be rejected in one switching cycle by the OCC controlled SC converter with good line and load regulations. When compared to other control methods, the proposed nonlinear control loop exhibits superior dynamic performance in suppressing input and load disturbances.
In this paper, we propose a smart transformer for a smart transformer miniature model, which can replace a 60 [Hz] single-phase transformer installed in an electric vehicle. The proposed smart transformer is lighter than a conventional transformer, can control instantaneous voltage, and can be expected to improve power quality through harmonic compensation. The proposed intelligent transformer consists of an incoming part, an AC/DC converter, and a dual active bridge. Only the incoming part and the AC/DC converter are described in this paper. The proposed intelligent transformer has 75 kVA 3.3 kV input and 750 V DC output, which are verified by simulation and experiment.
본 논문은 통신용전원장치와 같은 대용량의 DC 전원 장치에 적용하기 위하여 3상용 6 Switch로 구성된 Bridge로써 대용량 DC-DC converter에 적합한 Topology에 관한 것이다. 기본 동작은 기존의 Phase shifted ZVS PWM 방식을 사용하며, Bridge의 바깥쪽 양쪽암의 펄스폭을 제어하는데, 같은 펄스를 동시에 주는 방식과 각각 별도로 제어하는 방식, 두암의 위상을 지연시키는 방식에 관하여 연구하였다. 제안된 Topology들은 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 그 동작특성을 확인하였고, 대용량에 적용할 수 있음을 확인하였다. 장치의 용량은 출력 500[A]/30[V] 회로를 구성하여 각각의 경우에 대하여 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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