Park, Joung-Hu;Seo, Gab-Su;Cho, Bo-Hyung;Yi, Kyung-Pyo
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.14
no.5
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pp.343-354
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2009
In this paper, a magnetic-less dc-dc switching converter realizing an integrable power conversion system is described. Instead of magnetic devices, the inductive impedance range of piezoelectric transducers is utilized to store and resonate the energy for soft-switching. Piezoelectric devices have no windings and deliver the power by the electrodes, which lead to mass product through semiconductor-manufacturing process. This paper presents a resonant-type step-up dc-dc power converter employing a disk-type piezoelectric transducer, analyzing the operation principles and the frequency control characteristics. Also, a topology extension of the single stage converter into cascaded multi-stage is presented and analyzed with the operation principles and control characteristics. For verification of the analysis, a 10W output dc-dc power converter hardware was implemented. The hardware experiments shows a good frequency control and power efficiency greater than 96% in the single stage. A hardware prototype of the extended multi-stage one was also realized and tested. The results shows that the converter has the same frequency control performance and high efficiency such as 93%.
This paper presents a new structure for a step up dc-dc converter, which has several advantageous features. Firstly, the input dc source and the clamped capacitor are connected in series to transfer energy to the load through dual voltage multiplier cells. Therefore, the proposed converter can produce a very high voltage and a high conversion efficiency. Secondly, a double voltage clamped circuit is introduced to the primary side of the coupled inductor. The energy of the leakage inductance of the coupled inductor is recycled and the inrush current problem of the clamped circuits can be shared equally by two synchronous clamped capacitors. Therefore, the voltage spike of the switch tube is solved and the current stress of the diode is reduced. Thirdly, dual voltage multiplier cells can absorb the leakage inductance energy of the secondary side of the coupled inductor to obtain a higher efficiency. Fourthly, the active switch turns on at almost zero current and the reverse-recovery problem of the diodes is alleviated due to the leakage inductance, which further improves the conversion efficiency. The operating principles and a steady-state analysis of the continuous, discontinuous and boundary conduction modes are discussed in detail. Finally, the validity of this topology is confirmed by experimental results.
This paper is studied on a new DCM-ZVS step up-down AC-DC converter of high performance, that is, high system efficiency and power factor correction (PFC). The switching devices in the proposed converter are operated by soft switching technique using a new quasi-resonant circuit, and are driven with discontinuous conduction mode (DCM) according to pulse width modulation (PWM). The quasi-resonant circuit uses a step up-down inductor and a loss-less snubber capacitor. The proposed converter with DCM also simplifies the requirement of control circuits and reduces the number of control components. The input AC current waveform in the proposed converter becomes a quasi-sinusoidal waveform proportional to the magnitude of input AC voltage under constant switching frequency. As a result, the proposed converter obtains low switching power loss and high efficiency, and its input power factor is nearly in unity. The validity of the analytical findings is confirmed by some computer simulation results and experimental results.
This paper presents a single switch, high step-up, non-isolated dc-dc converter suitable for renewable energy applications. The proposed converter is composed of a coupled inductor, a passive clamp circuit, a switched capacitor and voltage lift circuits. The passive clamp recovers the leakage inductance energy of the coupled inductor and limits the voltage spike on the switch. The configuration of the passive clamp and switched capacitor circuit increases the voltage gain. A wide continuous conduction mode (CCM) operation range, a low turn ratio for the coupled inductor, low voltage stress on the switch, switch turn on under almost zero current switching (ZCS), low voltage stress on the diodes, leakage inductance energy recovery, high efficiency and a high voltage gain without a large duty cycle are the benefits of this converter. The steady state operation of the converter in the continuous conduction mode (CCM) and discontinuous conduction mode (DCM) is discussed and analyzed. A 200W prototype converter with a 28V input and a 380V output voltage is implemented and tested to verify the theoretical analysis.
A multi-parameter neuro muscular electrical simulator (NMES) system was developed to be used to find the optimal parameter condition in obtaining maximum muscle power and minimal fatigue. Since the performance of NMES is mainly determined by the characteristic of its output-stage circuit, we implemented 3 different circuits and compared output characteristics of them. Three amplifier circuits are; 1) a resonant switching converter, 2) a linear amplifier with a transformer, and 3) a step-up DC/DC converter with a high-voltage linear amplifier. Experimental results showed that the step up DC/DC converter with a high-voltage linear amplifier has the best performance.
Kim, Seong-Hwan;Hur, Jae-Jung;Jeong, Bum-Dong;Yoon, Kyoung-Kuk
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.41
no.1
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pp.76-82
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2017
Since the introduction of electronically controlled engines and electric propulsion ships, the need for an uninterruptible power supply for emergency power supply devices that use batteries has gained importance. The bidirectional converter in such emergency power supply devices is a crucial component. This paper proposes, a topology for an improved DC-DC bidirectional converter that is characterized by a high voltage conversion ratio and low voltage stress of switches. To confirm the performance of the converter, a computer simulation was executed with PSIM software. The conversion ratio of the proposed converter was found to be four times higher than the conventional boost converter in step-up mode and one-fourth that of the conventional buck converter in step-down mode, and the voltage stress of the switches was one-fourth of the high-side voltage. Moreover, the proposed converter was confirmed to be able to distribute equal currents between two interleaved modules without using any extra current-sharing control method because of the charge balance of its blocking capacitors.
Resonant converters have attracted a lot of attention because of their high efficiency due to the soft-switching performance. An isolated high step-up converter with secondary-side resonant loops is proposed and analyzed in this paper. By placing the resonant loops on the secondary side, the current stress for the resonant capacitors is greatly reduced. The power loss caused by the equivalent series resistance of the resonant capacitor is also decreased. Clamp diodes in parallel with the resonant capacitors ensure a unique discontinuous current mode in the converter. Under this mode, the active switches can realize soft-switching during both turn-on and turn-off transitions. Meanwhile, the reverse-recovery problems of diodes are also alleviated by the leakage inductor. The converter is essentially a step-up converter. Therefore, it is helpful for decreasing the transformer turn-ratio when it is applied as a high step-up converter. The steady-state operation principle is analyzed in detail and design considerations are presented in this paper. Theoretical conclusions are verified by experimental results obtained from a 500W prototype with a 35V-42V input and a 400V output.
Recently, a fuel cell is remarkable for new generation system. The fuel cell generation system converts the chemical energy of a fuel directly into electrical energy. The fuel cell generation is characterized by low voltage and high current. For connecting to utility, it needs both a step up converter and an inverter. The step up converter makes DC link and the inverter changes DC to AC. In this paper full bridge converter and the single phase inverter are designed and installed for fuel cell. Simulation and experiment verify that fuel cell generation system could be applied for the distributed generation.
We present a two-stage inverter with high step-up conversion ratio engaging modified finite-set Model Predictive Control (MPC) for utility-integrated photovoltaic (PV) applications. The anticipated arrangement is fit for low power PV uses, the calculated efficiency at 150 W input power and 19 times boosting ratio was around 94%. The suggested high-gain dc-dc converter based on Cockcroft-Walton multiplier constitutes the first-stage of the offered structure, due to its high step-up ability. It can boost the input voltage up to 20 times. The 3S current-source inverter constitutes the second-stage. The 3S current-source inverter hires three semiconductor switches, in which one is functioning at high-frequency and the others are operating at fundamental-frequency. The high-switching pulses are varied in the procedure of unidirectional sine-wave to engender a current coordinated with the utility-voltage. The unidirectional current is shaped into alternating current by the synchronized push-pull configuration. The MPC process are intended to control the scheme and achieve the subsequent tasks, take out the Maximum Power (MP) from the PV, step-up the PV voltage, and introduces low current with low Total Harmonic Distortion (THD) and with unity power factor with the grid voltage.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.20
no.5
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pp.49-56
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2006
The bi-directional converter interfaces the low voltage battery to the inverter do link of FC generation system. When power flows from the low voltage side(battery: 48[V]) to the high voltage side(dc link: 380[V]), the circuit works in discharge mode (boost) to power the high voltage side load; otherwise, it works in charge mode (buck) to charge the low voltage side battery. In this paper, the 1.5[kW] active clamp current-fed full bridge converter employing MOSFETs is operated to discharge the battery whereas a voltage-fed half bridge converter employing IGBTs is operated to charge the battery.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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