This work presents a high efficiency phase shifted full bridge (PSFB) DC-DC converter for use in the second stage of a battery charger for neighborhood electrical vehicle (EV) applications. In the design of the converter, Lithium-ion battery cells are preferred due to their high voltage and current rates, which provide a high power density. This requires wide range output voltage regulation for PSFB converter operation. In addition, the battery charger works with a light load when the battery charge voltage reaches its maximum value. The soft switching of the PSFB converter depends on the dead time optimization and load condition. As a result, the converter has to work with soft switching at a wide range output voltage and under light conditions to reach high efficiency. The operation principles of the PSFB converter for the continuous current mode (CCM) and the discontinuous current mode (DCM) are defined. The performance of the PSFB converter is analyzed in detail based on wide range output voltage and load conditions in terms of high efficiency. In order to validate performance analysis, a prototype is built with 42-54 V / 15 A output values at a 200 kHz switching frequency. The measured maximum efficiency values are obtained as 94.4% and 76.6% at full and at 2% load conditions, respectively.
This paper propose a bidirectional dc-to-dc converter employing dual inductor for current ripple reduction. Conventional bidirectional dc-to-dc converter uses a single inductor for two different modes; boost and buck; therefore it is difficult to satisfy the optimized inductance value for each mode. To improve this problem, the proposed converter adds two switches, a diode, and one inductor. By proper switching of the additional switch, the proposed converter operates with a inductor in boost mode, but it works with dual inductor in buck mode. Hence in both modes the proposed bidirectional converter can be operated with optimized inductance values. Most of all the optimized inductance in buck mode can reduce the current ripple and its effective value(rms), which are directly related to the temperature increase resulted in short lifetime of battery. To verify the validity of the proposed approach, we first analyzes the operation of the proposed converter theoretically, and implement computer-aided simulations and experiments using a prototype.
A bridgeless single-stage AC-DC converter for wireless power charging systems is proposed. This converter is composed of a PFC stage and a three-level hybrid DC-DC stage. The proposed converter can control the wide output voltage (200-450 VDC) by the variable link voltage and the pulse-width voltage applied to the primary resonant circuit due to the phase-shifted modulation at a fixed switching frequency. Moreover, the input power factor and the total harmonic distortion can be improved by using the proposed converter. A 1 kW prototype was fabricated and validated through experimental results and analysis.
논문은 E-Mobility용 전력변환기의 고장 진단을 위해 차량 상태의 모니터링 기술을 IoT 기술을 접목하여 스마트폰으로 연동하여 운용하는 것에 대한 것이다. 중국에서는 EV 규제를 실시하여 기술의 발전과 전기자동차에 대한 시장 변화를 유도하고 있다. 이러한 추세에 맞게 E-Mobility도 적합한 모니터링 기술을 연구해야 한다. 기존 자동차에서 적용하는 OBD-II를 이용한 방법은 유무선 통신 방법이다. E-Mobility에 적용하기 위해서는 추가의 인터페이스 및 통신연동이 필요하다. 본 논문에서는 기존 기술과 IoT를 접목시켜 E-Mobility용 전력변환기의 상태정보를 모니터링 하는 기술을 제안하였다. 이 기술을 통해서 기존 네트워크 프로토콜 및 하드웨어 인터페이스를 간소화 하였고, 사용자가 쉽게 모니터링 할 수 있도록 E-Mobility용 전력변환기와 스마트폰의 연동이 가능함을 확인하였다. 그리고 기능 측면에서 고부가가치 제품 설계가 되도록 연구를 수행하였다.
기존 EV용 모터구동 Boost Converter의 경우, 모터 기동 시 필요한 순간적인 큰 전류를 배터리에서 공급하기 때문에 배터리의 수명이 감소되는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 출력 단에 Super Cap. String을 사용하여 순간적으로 필요한 큰 전류를 공급하였다. 하지만 Super Cap. String은 높은 전압을 견뎌야 하기 때문에 회로의 전체적인 부피가 커지고 원가를 증가시키는 문제점이 있다. 본 논문에서는 낮은 내압의 Super Cap. String을 사용 할 수 있는 Modified Boost Converter를 제안한다. 제안 회로는 Super Cap. String을 사용하여 배터리의 효율을 극대화 시킬 수 있으며, Super Cap. String의 직렬 연결 개수 감소로 회로의 소형화 및 원가 저감이 가능하다. 본 논문에서는 제안된 회로의 이론적 특성을 분석하고 모의실험을 통해 제안회로의 우수성을 검증하였다.
This paper presents an isolated power factor correction converter for general-purpose electric vehicle chargers with a wide output voltage range. The converter is based on an asymmetrical dual active bridge structure so that the voltage stress of switching devices can be eliminated by transferring the transformer leakage inductance to the circuit parameters. Harmonic and output controls are performed by secondary switches, and primary switches are only operated at a fixed frequency with a 50% duty ratio. A harmonic modulation technique is also adopted to obtain a near-unity power factor without input current monitoring. The feasibility of the proposed charger is verified with a 3.3 kW prototype.
This study investigates an economic and highly efficient power-converter topology and its modulation scheme for 60 kW rapid EV charger system. The target system is a three-phase three-switch buck-type rectifier topology. A new carrier-based PWM scheme, which is characterized by simple implementation using logic gates, is introduced in this paper. This PWM scheme replaces the diode rectifier equivalent switching state with an active switching state to produce the same effective current flowing path. As a result, the distortion of input current during the polarity reversal of capacitor line voltage can be mitigated. The proposed modulation technique is confirmed through simulation verification. The proposed modulation technique and its implementation scheme can expand the operation range of the three-phase three-switch buck-type rectifier with high-quality AC input and capacitor ripple current.
This paper proposes the boost type bidirectional zero current switching(ZCS) DC/DC converter of transformer series construction for electric vehicle operation using low voltage battery. This converter can high boost through the double voltage circuit and series construction of output part using two converters. This converter system has the advantages that bidirectional power transfer is excellent, size and making of transformer because of this converter keeps the transformation ratio to 1:1. Proposed DC/DC converter uses the ZCS method to decrease the switching loss. By replacing reactance ingredients of L-C resonance circuit for ZCS with leakage inductance ingredients of high frequency transformer and half-bridge capacitor it reduces system size and expense because of not add special reactor. It can confirm to output of high voltage to operate the electric vehicle with low voltage of input and operation of ZCS in all load region through the result of PSIM simulation and experiment.
본 논문에서는 고주파 회로 모델링을 이용하여 전기자동차의 LDC로부터 방출되는 전도성 전자파 잡음을 시스템-레벨에서 분석하였다. 관련 전도 방출의 주요 원인은 LDC에서 사용하는 펄스폭 변조 방식의 100 kHz 스위칭 동작에 기인하며, 이러한 전도 방출은 공통-임피던스 결합 및 유도성 결합을 통해 AM/FM 주파수 대역에서의 무선주파수 간섭을 유발한다. 이러한 문제를 분석하기 위해 LDC를 구성하고 있는 MOSFET과 고압 커패시터, 고전압 케이블과 버스 바에 대한 기본 회로는 물론, 각 부분에서 존재하는 기생 성분 및 비선형 특성을 해석하여 LDC 전체를 포함한 시스템-레벨의 고주파 등가회로 모델을 제안하였다. 이러한 모델을 이용하여 시뮬레이션과 측정을 비교하여 유사성을 검증하였다. 향후 이러한 접근 방법이 전기자동차의 전자파 적합성 설계에 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대한다.
This paper proposes an isolated bidirectional three-phase push-pull dc-dc converter for high power application such as eco-friendly vehicles, renewable energy systems, energy storage systems, and solid-state transformers. The proposed converter achieves ZVS turn-on of all switches and volume of passive components is small by an effect of three-phase interleaving. The proposed converter has identical switching pattern for both boost and buck mode, and therefore can provide seamless characteristic at the mode transition. A 3kW prototype of the proposed converter has been built and tested to verify the validity of the proposed operation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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