A wide-voltage-conversion range bidirectional DC-DC converter is proposed in this paper. The topology is comprised of one typical LC energy storage component and a special common grounded asymmetric H-bridge with four active power switches/anti-parallel diodes. The narrow output PWM voltage is generated from the voltage difference between two normal (wider) output PWM voltages from the asymmetric H-bridge with duty cycles close to 0.5. The equivalent switching frequency of the output PWM voltage is double the actual switching frequency, and a wide step-down/step-up ratio range is achieved. A 300W prototype has been constructed to validate the feasibility and effectiveness of the proposed bidirectional converter between the variable low voltage side (24V~48V) and the constant high voltage side (200V). The slave active power switches allow ZVS turn-on and turn-off without requiring any extra hardware. The maximum conversion efficiency is 94.7% in the step-down mode and 93.5% in the step-up mode. Therefore, the proposed bidirectional topology with a common ground is suitable for energy storage systems such as renewable power generation systems and electric vehicles with a hybrid energy source.
A bidirectional DC-DC converter (BDC) is an indispensable electrical unit for the electric vehicles (EVs). High efficiency, high power density, isolation, light weight and reliability are all essential requirements for BDC. In this paper, a 3 kW BDC for the battery charger of EVs is proposed. The proposed converter consists of a half-bridge structure on the primary side and an isolation transformer and a synchronous rectifier structure on the secondary side. With this topology, minimum number of switching devices are required for bidirectional power flow between the two dc buses of EVs. The easy implementation of the synchronous rectification gives advantages in terms of efficiency, cost and flexibility. The proposed BDC achieves high efficiency when operating in both modes (step-up and step-down). A 3 kW prototype is implemented to verify theoretical analysis and the performance of the proposed converter.
This paper is given a full detail of mathematical analyses of input current for novel active type power factor correction(PFC) AC-DC converter of step up-down added electric isolation. These are compared with harmonics components of input current for a conventional PFC converter of electric isolation type. The proposed PFC converter is constructed in using a new loss-less snubber circuit to achieve a soft switching of control device. Also the proposed converter for discontinuous conduction mode(DCM) eliminates the complicated circuit control requirement and reduces the size of components. The input current waveform in the proposed converter is got to be a sinusoidal form of discontinuous pulse in proportion to magnitude of ac input voltage under the constant duty cycle switching. Therefore, input power factor is nearly unity and the control method is simple. Particularly, the stored energy of loss-less snubber capacitor is recovered with input side and increases input current from resonant operation. The result is that input power factor of the proposed converter is higher than that of a conventional PFC converter. Some simulative results on computer and experimental results are included to confirm the validity of the analytical results.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.51
no.11
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pp.635-644
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2002
Many generating units can be in parallel connection to one battery and inverter. However, one of the biggest problems we encountered is that wind speed is fluctuated sharply in accordance with the unstable weather conditions. To solve this problem, we need energy storage equipment such as storage lead-acid battery. We design a system and analyze its modeling so that it supplies a stable power to the load through DC-AC inverter part. In this paper, we applied dual step-up/down buck-boost converter and dual high-frequency half-bridge converter to the proposed system. These converters are used to store energy in the battery regardless of the change of the wind speed. The operation process of two proposed types of converters for high-power battery charging is discussed along with simulation and experimental result. We design a charging circuit which is applicable in the actual wind power generation system for 30kw and confirm the circuit's validity.
This paper is analyzed for a step up-down DC/DC chopper of high efficiency added electric isolation. The converters of high efficiency are generally made that the power loss of the used semiconductor switching devices is minimized. To achieve high efficiency system, the proposed chopper is constructed by using a partial resonant circuit. The control switches using in the chopper are operated with soft switching by partial resonant method. The control switches are operated without increasing their voltage and current stresses by the soft switching technology. The result is that the switching loss is very low and the efficiency of the chopper is high. The proposed chopper is also added electric isolation which is used a pulse transformer. When the power conversion system is required electric isolation, the proposed chopper is adopted with the converter system development of high efficiency. The soft switching operation and the system efficiency of the proposed chopper are verified by digital simulation and experimental results.
This paper is studied on a novel buck-boost isolated converter for high efficiency and high power factor. 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 makes use of a step up-down inductor and a loss-less snubber capacitor. The proposed converter with DCM also simplifies the requirement of control circuit and reduces a number of control components. The input ac current waveform in the proposed converter becomes a quasi sinusoidal waveform in proportion to the magnitude of input ac voltage under constant switching frequency. As a result, it is obtained by the proposed converter that the switching power losses are low, the efficiency of the converter is high, and the input power factor is nearly unity. The validity of analytical results is confirmed by some simulation results on computer and experimental results.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.17
no.3
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pp.230-237
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2012
This paper proposes an active-clamp ac-dc converter with direct power conversion that has a simple structure and achieves high efficiency. The proposed converter is derived by integrating the step-down ac chopper and the output-voltage doubler. The proposed converter provides direct ac-dc conversion and dc output voltage without using any full-bridge diode rectifier. The step-down ac chopper using an active-clamp mechanism serves to clamp the voltage spike across the main switches and provides zero-voltage turn-on switching. The resonant-current path formed by the leakage inductance of the transformer and the resonant capacitor of the output-voltage doubler achieves the zero-current turn-off switching of the output diodes. The operation principle of the converter is analyzed and verified. A 500W prototype is implemented to show the performance of the proposed converter. The prototype provides maximum efficiency of 95.1% at the full load.
Kim, Hyun-Woo;Jeon, Young-Tae;Park, Joung-Hu;Jeon, Hee-Jong
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.20
no.5
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pp.395-401
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2015
This paper proposes a new bidirectional DC-DC converter with high efficiency. The proposed converter is composed of a flyback and a tapped-inductor boost converter to satisfy extreme operating conditions with low cost. The outputs are connected in series to achieve a high-voltage step-up. In the reverse direction, the proposed converter has an extreme step-down voltage. In this study, the proposed converter was employed with a 100 W hardware prototype. To design the controller, a small-signal transfer function of the proposed converter is derived. For PV power conditioning systems, a maximum power point tracking method is applied with perturb and observe method. To verify the operation of the bidirectional power flow, the current controller is applied. All of the controllers are employed with a digital signal processor.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.1
no.1
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pp.67-76
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2012
Due to the increasing amount of applications of power electronic ac-dc converters, it is necessary to design a single-stage converter that can reliably perform both buck and boost operations. Traditionally, this can be achieved by double-stage conversion (ac/dc-dc/dc) which ultimately leads to less efficiency and a more complex control system. This paper discusses two types of modern ac-dc converters. First, the novel impedance-source ac-dc converter, abbreviated as custom Z-source rectifier, is analyzed; and then, switched inductor (SL) Z-source ac-dc converter is proposed. This paper describes the Z-source rectifiers' operating principles, the concepts behind them, and their superiorities. Analysis and simulation results show that the proposed custom Z-source rectifier can step up and step down voltage; and the main advantage of the SL Z-source ac-dc converter is its high step-up capability. Low ripple of the output dc voltage is the other advantage of the proposed converters. Finally, the SL Z-source ac-dc converter is compared with the custom Z-source ac-dc converter.
Khan, Shakil Ahamed;Rahim, Nasrudin Abd.;Bakar, Ab Halim Abu;Kwang, Tan Chia
Journal of Power Electronics
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v.15
no.2
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pp.356-365
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2015
This paper presents a new single phase front-end ac-dc bridgeless power factor correction (PFC) rectifier topology. The proposed converter achieves a high efficiency over a wide range of input and output voltages, a high power factor, low line current harmonics and both step up and step down voltage conversions. This topology is based on a non-inverting buck-boost (Zeta) converter. In this approach, the input diode bridge is removed and a maximum of one diode conducts in a complete switching period. This reduces the conduction losses and the thermal stresses on the switches when compare to existing PFC topologies. Inherent power factor correction is achieved by operating the converter in the discontinuous conduction mode (DCM) which leads to a simplified control circuit. The characteristics of the proposed design, principles of operation, steady state operation analysis, and control structure are described in this paper. An experimental prototype has been built to demonstrate the feasibility of the new converter. Simulation and experimental results are provided to verify the improved power quality at the AC mains and the lower conduction losses of the converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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