The isolated boost DC-DC converter based on three switches in fuel cell applications is presented in this paper. The major advantages of the proposed converter are as follows: continuous input current; decrease one active switch and no use snubber circuit. The operating principles and analysis of the proposed converter have been discussed. A 400 W prototype has been tested in the laboratory to verify the performance of the proposed converter and a PID controller was used to clarify the DC output voltage at 400 V. The simulation and experimental results are shown to validate the theoretical analysis.
In the design of the fuel cell charger, it is important to find out the suitable topology and to design the converter to guarantee the performance of the fuel cell as well as the battery. Most of the chargers developed so far have used step-down converters. However, since the small fuel cell stack can only generate a low voltage, it is required to use the step-up converter to charge the battery. In this paper, a modified non-isolated boost charger topology for the Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) is proposed to meet the strict ripple requirements for the battery charge and its control method by using PI controller is detailed. The feasibility of the proposed topology and its control method is then verified by the experiments.
In this paper, a non-isolated high step-up and high efficiency boost converter is proposed. By using the 3-level boost converter structure, the proposed converter can obtain higher voltage gain than conventional high step-up converters. The voltage spike of the switching device is well clamped by using the clamp circuit composed of a clamp diode and a capacitor and the energy of the leakage inductor of coupled inductor is effectively transferred to output. Due to the 3-level structure, the equivalent switching frequency of the coupled inductor is doubled, which results in reduced inductor size. A 500 W prototype converter is built and tested to verify performance of the proposed converter.
This paper presents a new isolated soft-switching bidirectional buck-boost inverter for fuel cell applications. The buck-boost inverter combines an isolated DC-DC converter with a conventional inverter to implement buck-boost DC-DC and DC-AC conversion. The main switches achieve zero voltage switching and zero current switching by using a novel synchronous switching SVPWM and the volume of the transformer in the forward and fly-back mode is also minimized. This inverter is suitable for wide input voltage applications due to its high efficiency under all conditions. An active clamping circuit reduces the switch's spike voltage and regenerates the energy stored in the leakage inductance of the transformer; therefore, the overall efficiency is improved. This paper presents the operating principle, a theoretical analysis and design guidelines. Simulation and experimental results have validated the characteristics of the buck-boost inverter.
In this paper, a new passive lossless snubber circuit with energy transfer capability is proposed. The proposed lossless snubber circuit provides Zero-Current Switching (ZCS) condition for turn-on instants and Zero-Voltage Switching (ZVS) condition for turn-off instants. In addition, its diodes operate under soft switching condition. Therefore, no significant switching losses occur in the converter. Since the energy of the snubber circuit is transferred to the output, there are no significant conduction losses. The proposed snubber circuit can be applied on isolated and non-isolated converters. To verify the operation of the snubber circuit, a boost converter using the proposed snubber is implemented at 70W. Also, the measured conducted Efficiency Electromagnetic Interference (EMI) of the proposed boost converter and conventional ones are presented which show the effects of proposed snubber on EMI reduction. The experimental results confirm the presented theoretical analysis.
기존의 부스트 컨버터는 출력 전압이 커질수록 스위치와 다이오드의 전압, 전류 스트레스가 커지고 다이오드 역 방향회복에 의한 서지로 인해 실제 사용 가능한 승압비가 제한된다. 본 논문에서는 고승압 응용에 적합한 새로운 비절연 부스트 컨버터를 제안한다. 제안한 컨버터는 듀티비 0.5로 약 6배의 승압비를 가지며 CCM에서도 ZVS 스위칭이 가능하므로 넓은 ZVS 영역을 갖는다. 또한 스위치와 다이오드 전압정격이 출력전압의 1/3로 작고 인터리빙이 가능하여 입출력 수동소자의 정격도 작다. 다이오드도 ZCS 턴오프 동작으로 인해 역방향 회복에 의한 서지가 거의 없다. 제안하는 컨버터의 동작원리를 설명하였고 이론적 해석과 시뮬레이션 및 실험을 통해 타당성을 검증하였다.
This paper proposes a new non-isolated DC conversion circuit topology of the voltage source coupled inductor series resonant high-frequency PFM controlled boost chopper type DC-DC power converter using two in one IGBT power module, which can efficiently operate under a principle of zero current soft switching for wide output regulation voltage setting ranges and wide fluctuation of the input DC side voltage as well as the load variation ranges. Its steady state operating principle and the output voltage regulation characteristics in the open-loop-based output voltage control scheme without PI controller loop are described and evaluated from theoretical and experimented viewpoints. Finally, in this paper the computer-aided simulation steady-state analysis and the experimental results are presented in order to prove the effectiveness and the validity of voltage regulation characteristics of the proposed series resonant zero current soft switching boost chopper type DC-DC power converter circuit using IGBTs which is based on simple pulse frequency modulation strategy more than, 20kHz.
Gitau, Michael Njoroge;Mwaniki, Fredrick Mukundi;Hofsajer, Ivan W.
Journal of Power Electronics
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제13권4호
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pp.636-646
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2013
A single-phase tapped-inductor boost converter has been proposed previously. However, detailed characterization and performance analysis were not conducted. This paper presents a detailed characterization, performance analysis, and design expressions of a single-phase tapped-coupled-inductor boost converter. Expressions are derived for average and RMS input current as well as for RMS input and output capacitor current ripple. A systematic approach for sizing the tapped-coupled inductor, active switch, and output diode is presented; such approach has not been reported in related literature. This study reveals that sizing of the inductor has to be based on current ripple requirement, turns ratio, and load. Conditions that produce discontinuous inductor current are also discussed. Analysis of a non-ideal converter operating in continuous conduction mode is also conducted. The expression for the voltage ratio considering the coupling coefficient is derived. The suitability of the converter for high-voltage step-up applications is evaluated. Factors that affect the voltage boost ratio are also identified. The effects of duty ratio and load variation on the performance of the converter are also investigated. The theoretically derived characteristics are validated through simulations. Experimental results obtained at a low power level are included to validate the analytical and simulation results. A good agreement is observed among the analytical, simulation, and experimental results.
This paper investigates a new isolated single-phase AC-DC converter, which integrates a modified AC-DC buck-boost converter with a DC-DC forward converter. The front semi-stage is operated in discontinuous conduction mode (DCM) to achieve an almost unity power factor and a low total harmonic distortion of the input current. The rear semi-stage is used for step-down voltage conversion and electrical isolation. The front semi-stage uses a coupled inductor with the same winding-turn in the primary and secondary sides, which is charged in series during the switch-on period and is discharged in parallel during the switch-off period. The discharging time can be shortened. In other words, the duty ratio can be extended. This semi-stage can be operated in a larger duty-ratio range than the conventional AC-DC buck-boost converter for DCM operation. Therefore, the proposed converter is suitable for universal input voltage (90~264 $V_{rms}$) and a wide output-power range. Moreover, the voltage stress on the DC-link capacitor is low. Finally, a prototype circuit is implemented to verify the performance of the proposed converter.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제1권2호
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pp.98-104
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2012
This paper presents a novel transformer isolated parallel connected full-bridge dc-dc converter using recently developed trans-Z-source network. Unlike the traditional voltage -fed or current-fed converters, the proposed converter can be open- and short-circuited without damaging switching devices. Therefore, the desired buck and boost function can be achieved and the converter reliability can be greatly improved. A 6 kW prototype dc-dc converter is built and tested to verify performances of the proposed converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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