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.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.29
no.8
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pp.70-75
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2015
High Step-up DC-DC Converters have been demanded for renewable energy applications. Transformer or coupled inductor is generally used to boost output voltage of converters. This methods can relatively obtain high voltage than others, whereas have heavy weight and high cost. To complement these disadvantages, we studied transformerless high step-up DC-DC converter. In various transformerless topologies, Boost converters combined with Cockcroft-Walton have studied. In this paper, we proposed a symmetrical Cockcroft-Walton circuit for transformerless high step-up DC-DC converter. Finally, we simulated proposed converter to compare with existing converter. As a result, proposed converter has higher duty ratio or lower cost than existing transformerless converters which are discussed in this paper.
Kim, Do-Hyun;Jang, Jong-Ho;Park, Joung-Hu;Kim, Jung-Won
Journal of Power Electronics
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v.13
no.5
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pp.766-778
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2013
The depletion of natural resources and renewable energy sources, such as photovoltaic (PV) energy, has been highlighted for global energy solution. The PV power control unit in the PV power-generation technology requires a high step-up DC-DC converter. The conventional step-up DC-DC converter has low efficiency and limited step-up ratio. To overcome these problems, a novel high step-up DC-DC converter using an isolated switched capacitor cell is proposed. The step-up converter uses the proposed transformer and employs the switched-capacitor cell to enable integration with the boost inductor. The output of the boost converter and isolated switched-capacitor cell are connected in series to obtain high step-up with low turn-on ratio. A hardware prototype with 30 V to 40 V input voltage and 340 V output voltage is implemented to verify the performance of the proposed converter. As an extended version, another novel high step-up isolated switched-capacitor single-ended DC-DC converter integrated with a tapped-inductor (TI) boost converter is proposed. The TI boost converter and isolated-switched-capacitor outputs are connected in series to achieve high step-up. All magnetic components are integrated in a single magnetic core to lower costs. A prototype hardware with 20 V to 40 V input voltage, 340 V output voltage, and 100 W output power is implemented to verify the performance of the proposed converter.
A new DC-DC power converter is researched for renewable energy and battery hybrid power supplies systems in this paper. At the charging mode, a renewable energy source provides energy to charge a battery via the proposed converter. The operating principle of the proposed converter is the same as the conventional DC-DC buck converter. At the discharging mode, the battery releases its energy to the DC bus via the proposed converter. The proposed converter is a non-isolated high step-up DC-DC converter. The coupled-inductor technique is used to achieve a high step-up voltage gain by adjusting the turns ratio. Moreover, the leakage-inductor energies of the primary and secondary windings can be recycled. Thus, the conversion efficiency can be improved. Therefore, only one power converter is utilized at the charging or discharging modes. Finally, a prototype circuit is implemented to verify the performance of the proposed converter.
In this paper, a three-phase AC-DC high step-up converter is developed for application to microscale wind-power generation systems. Such an AC-DC boost converter prossessess the property of the single-switch high step-up DC-DC structure. For power factor correction, the advanced half-stage converter is operated under the discontinuous conduction mode (DCM). Simulatanously, to achieve a high step-up voltage gain, the back half-stage functions in the continuous conduction mode (CCM). A high voltage gain can be obtained by use of an output-capacitor mass and a coupled inductor. Compared to the output voltage, the voltage stress is decreased on the switch. To lessen the conducting losses, a low rated voltage and small conductive resistance MOSFETs are adopted. In addition, the coupled inductor retrieves the leakage-inductor energy. The operation principle and steady-state behavior are analyzed, and a prototype hardware circuit is realized to verify the performance of the proposed converter.
This paper presents a new high step-up dc/dc converter for renewable energy systems in which a high voltage gain is provided by using a coupled inductor. The operation of the proposed converter is based on a charging capacitor with a single power switch in its structure. A passive clamp circuit composed of capacitors and diodes is employed in the proposed converter for lowering the voltage stress on the power switch as well as increasing the voltage gain of the converter. Since the voltage stress is low in the provided topology, a switch with a small ON-state resistance can be used. As a result, the losses are decreased and the efficiency is increased. The operating principle and steady-states analyses are discussed in detail. To confirm the viability and accurate performance of the proposed high step-up dc-dc converter, several simulation and experimental results obtained through PSCAD/EMTDC software and a built prototype are provided.
An interleaved current-fed high step-up DC-DC converter is proposed. Besides high voltage gain, a low ripple input current is achieved by adopting interleaving operation. Moreover, soft-switching characteristic of the proposed converter reduces switching losses of active power switches and raise the conversion efficiency. The reverse-recovery problem of output rectifiers is also alleviated by controlling the current changing rates of diodes by utilizing the leakage inductances of transformers. Experimental results obtained on a 200W prototype are discussed.
This paper suggests a new non-isolated high voltage gain DC-DC converter with two switches. The proposed two-switch converter has the following characteristics: a high voltage gain, a continuous input current with a small ripple, a reduction in the size of the inductor, and a simple circuit with only a few elements. A theoretical analysis, guidelines for parameter selection, and a comparison with conventional non-isolated high step-up converters are presented. A prototype of 250 W is set up to demonstrate the correctness of the proposed converter. Results obtained from simulations and experiments are presented.
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.
In this paper, a new coupled inductor DC-DC converter with a high step-up voltage gain is proposed. It is developed from a clamp-mode coupled-inductor boost converter by incorporating an additional capacitor and diode. The proposed converter is able to achieve the higher voltage gain, while still retaining the switch voltage clamp property of its predecessor. In the paper, operation and analysis of the proposed converter are described. Experimental results from a prototype converter are presented to verify the validity of the analysis. The prototype circuit attains the highest efficiency of 92.8%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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