The technology of inductive power transfer has been proved to be a promising solution in many applications especially in electric vehicle (EV) charging systems, due to its features of safety and convenience. However, loosely coupled transformers lead to the system efficiency not coming up to the expectation at the present time. Therefore, at first, the magnetic core losses are calculated with a novel magnetic-circuit model instead of the commonly used finite-element-method (FEM) simulations. The parameters in the model can be obtained with a one-time FEM simulation, which makes the calculation process expeditious. When compared with traditional methods, the model proposed in the paper is much less time-consuming and relatively accurate. These merits have been verified by experimental results. Furthermore, with the proposed loss calculation model, the system is optimized by parameter sweeping, such as the operating frequency and winding turns. Specifically, rather than a predesigned switching frequency, a more efficiency-optimized frequency for the series-parallel (SP) compensation topology is detected and a detailed investigation has been presented accordingly. The optimized system is capable of an efficiency that is greater than 93% at a coil separation distance of 200mm and coil dimensions of $600mm{\times}400mm$.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2010.06a
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pp.359-359
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2010
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 란 MOS(Metal Oxide Silicon) 와 Bipolar 기술의 결정체로 낮은 순방향 손실(Low Saturation)과 빠른 Speed를 특징으로 기존의 Thyristor, BJT, MOSFET 등으로 실현 불가능한 분양의 응용처를 대상으로 적용이 확대 되고 있고, 300V 이상의 High Power Application 영역에서 널리 사용되고 있는 고효율, 고속의 전력 시스템에 있어서 필수적으로 이용되는 Power Device이다. IGBT는 출력 특성 면에서 Bipolar Transistor 이상의 전류 능력을 가지고 있고 입력 특성 면에서 MOSFET과 같이 Gate 구동 특성을 갖기 때문에 High Switching, High Power에 적용이 가능한 소자이다. 반면에, Conventional IGBT는 MOSFET과 달리 IGBT 내부에 Anti-Parallel Diode가 없기 때문에 Inductive Load Application 적용시에는 별도의 Free Wheeling Diode가 필요하다. 그래서, 본 논문에서 별도의 Anti-Parallel Diode의 추가 없이도 Inductive Load Application에 적용 가능한 RC IGBT를 적용하여 600V/15A급 Three Phase Inverter Module을 제안 하고자 한다.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.5B
no.4
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pp.366-373
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2005
This paper presents two new circuit topologies of the dc busline side active resonant snubber assisted voltage source high frequency link soft switching PWM full-bridge dc-dc power converters acceptable for either utility ac 200V-rms or ac 400V-rms input grid. These high frequency switching dc-dc converters proposed in this paper are composed of a typical voltage source-fed full-bridge PWM inverter, high frequency transformer with center tap, high frequency diode rectifier with inductor input filter and dc busline side series switches with the aid of a dc busline parallel capacitive lossless snubber. All the active switches in the full-bridge arms as well as dc busline snubber can achieve ZCS turn-on and ZVS turn-off transition commutation with the aid of a transformer leakage inductive component and consequently the total switching power losses can be effectively reduced. So that, a high switching frequency operation of IGBTs in the voltage source full bridge inverter can be actually designed more than about 20 kHz. It is confirmed that the more the switching frequency of full-bridge soft switching inverter increases, the more soft switching PWM dc-dc converter with a high frequency transformer link has remarkable advantages for its power conversion efficiency and power density implementations as compared with the conventional hard switching PWM inverter type dc-dc power converter. The effectiveness of these new dc-dc power converter topologies can be proved to be more suitable for low voltage and large current dc-dc power supply as arc welding equipment from a practical point of view.
SiC MOSFETs have been used to improve system efficiency in high frequency converters due to their extremely high switching speed. However, this can result in undesirable parasitic oscillations in practical systems. In this paper, models of the key components are introduced first. Then, theoretical formulas are derived to calculate the switching oscillation frequencies after full turn-on and turn-off in clamped inductive circuits. Analysis indicates that the turn-on oscillation frequency depends on the power loop parasitic inductance and parasitic capacitances of the freewheeling diode and load inductor. On the other hand, the turn-off oscillation frequency is found to be determined by the output parasitic capacitance of the SiC MOSFET and power loop parasitic inductance. Moreover, the shifting regularity of the turn-off maximum peak voltage with a varying switching speed is investigated on the basis of time domain simulation. The distortion of the turn-on current is theoretically analyzed. Finally, experimental results verifying the above calculations and analyses are presented.
Ahmed Tarek;Chandhaket Srawouth;Nakaoka Mutsuo;Jung Song Hwa;Lee Hyun-Woo
Journal of Power Electronics
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v.4
no.4
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pp.237-245
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2004
In this paper, a two-switch high frequency flyback transformer linked zero voltage soft switching PWM DC-DC power converter implemented for distributed DC- feeding power conditioning supplies is proposed and discussed. This switch mode power converter circuit is mainly based on two main active power semiconductor switches and a main flyback high frequency transformer linked DC-DC converter in which, two passive lossless quasi-resonant snubbers with pulse current regeneration loops for energy recovery to the DC supply voltages composed of a three winding auxiliary high frequency pulse transformer, auxiliary capacitors and auxiliary diodes for inductive energy recovery discharge blocking due to snubber capacitors are introduced to achieve zero voltage soft switching from light to full load conditions. It is clarified that the passive resonant snubber-assisted soft switching PWM DC-DC power converter has some advantages such as simple circuit configuration, low cost, simple control scheme, high efficiency and lowered noises due to the soft switching commutation. Its operating principle is also described using each mode equivalent circuit. To determine the optimum resonant snubber circuit parameters, some practical design considerations are discussed and evaluated in this paper. Moreover, through experimentation the practical effectiveness of the proposed soft switching PWM DC-DC power converter using IGBTs is evaluated and compared with a hard switching PWM DC-DC power converter.
The purpose of the circuit breaker on power system is to disconnect the faulty part from the system and to maintain the integrity of the system. With switching overvoltages are generated. When the system voltages become higher, switching overvoltage is important factor in insulation co-ordination. Since the no-load reclosing overvoltage with inductive source is severe, this paper deals with the reclosing overvoltage and the effect of closing resistor. This reclosing overvoltage of 27-bus model system with and without closing resistor is analyzed by using EMTP (Electro-Magnetic Transients Program) for both deterministic and Stochastic model.
In order to increase the power conversion efficiency and improve the power factor, a modified forward converter is proposed, which adopts a capacitive output filter instead of the inductive output filter of the conventional forward converter. Therefore, the proposed converter has wide input voltage range in opposite to that of the conventional forward converters. Moreover, the proposed converter uses the critical conduction mode for automatic current shaping to improve the power factor. As a result, the proposed converter can achieve quasi-resonant zero-voltage-switching, which can minimize the switching loss of main MOSFET. In addition, the operational principle of the proposed converter is analyzed and the characteristic of the proposed converter is investigated in this paper. To validate the effectiveness of the proposed converter, a prototype of 13W is implemented and the experimental results are discussed in more detail.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.25
no.5
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pp.404-411
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2020
Inductive power transfer (IPT) systems for electric vehicles generally require zero phase angle (ZPA) frequency tracking control to achieve high efficiency. Current sensors are used for ZPA frequency tracking control. However, the use of current sensors causes several problems, such as switching noise, degrading control performance, and control complexity. To solve these problems, this study proposes ZPA frequency tracking control without current sensors. Such control enables ZPA frequency tracking without real-time control and achieves stable zero voltage switching operation closed to ZPA frequency within all coupling coefficient and load ranges. The validity of the proposed control algorithm is verified on LCCL-S topology with a 3.3 kW rating IPT experimental test bed. Simulation verification is also performed.
Unclamped Inductive Switching (UIS) 능력을 향상시키기 위하여 Floating p- well을 적용한 IGBT의 단락 회로 상태에서 과전압을 감지하는 새로운 보호회로를 제안하고 제작하였다. 실험 결과 제안된 회로는 fault 상황에서 fault 신호를 감지하고 즉시 게이트 전압을 낮추어 컬렉터 전류를 감소시켰다. 또한 Hard Switching Fault (HSF)와 Fault Under Load (FUL) 상황에서의 측정 및 2차원 Mixed-Mode 시뮬레이션을 통해 제안된 회로와 소자의 동작을 확인하였다.
This paper presents the two lossless auxiliary inducors-assisted voltage source type half bridge(single ended push pull:SEPP) series resonant high frequency inverter for induction heated fixing roller in copy and printing machines. The simple high-frequency inverter treated here can completely achieve stable zero current soft switching (ZCS) commutation forwide its output power regulation ranges and load variations under constant high frequency pulse density modulation (PDM) scheme. Its transient and steady state operatprinciple is originally described and discussed for a constant high-frequency PDM control strategy under a stable ZCS operation commutation, together with its output effective power regulation charactertics-based on the high frequency PDM strategy. The experimenoperating performances of this voltage source SEPP ZCS-PDM series resonant high frequency inverter using IGBTs are illustrated as compared with computer simulation results and experimenones. Its power losses analysis and actual efficiency are evaluated and discussed on the basis of simulation and experimental results. The feasible effectiveness of this high frequency inverter appliimplemented here is proved from the practical point of view.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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