This paper describes a hybrid multi-output three-level DC/DC converter suitable for a wide, high-input voltage range of an auxiliary power supply for a high-power photovoltaic generating system. In a high-power photovoltaic generating system, the solar panel output voltage depends on solar radiation quantity and varies from 450Vdc to 1100Vdc. The proposed hybrid multi-output three-level DC/DC converter, which is an auxiliary power supply, would be used as power source for control printed circuit boards and relay and cooling fans in a high-power photovoltaic generating system. The proposed multi-output ($24V_{DC}/30A$, $230V_{DC}/5A$) hybrid three-level boost converter, which uses an energy recovery snubber, is controlled by variable-frequency and phase-shifted modulations and can achieve zero-voltage switching with all operating conditions of input voltage and load range. Experimental results of a 2kW prototype are evaluated and implemented to verify the performance of the proposed converter.
This paper illustrates resonant tank design considerations and the implementation of a LLC resonant converter with a wide battery voltage range based on the fundamental harmonic approximation (FHA) analysis. Unlike the conventional design at zero load, the parameter K (the ratio of the transformer magnetizing inductor Lm to the resonant inductor Lr) of the LLC converter in this paper is designed with two charging points, (Vo_min, Io_max1) and (Vo_max, Io_max2), according to the battery charging strategy. A 2.9kW prototype with an output voltage range of 36V to 72V dc is built to verify the design. It achieves a peak efficiency of 96%.
This paper presents a high-efficiency Switch Mode Line Transformer (SMLT) composed of load-shared dual modules, which is based on the AC/AC LLC resonant converter. Given that the conventional adaptor is usually composed of two power stages, namely, the PFC and DC/DC converters, its system size can be increased according to the output power. However, given that the proposed SMLT can separate the PFC converter from the adaptor, the size reduction of the system can be achieved. Meanwhile, the SMLT with a single module has the limit of the size reduction because of a high resonant current. Thus, it can be configured with dual or multiple modules to reduce the resonant current. Then, their load sharing can be guaranteed by only the proposed transformer structure without an extra current controller. The validity of the proposed converter is proven through a 850-W prototype.
Sun, Wenjin;Jin, Xiang;Zhang, Li;Hu, Haibing;Xing, Yan
Journal of Power Electronics
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제17권4호
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pp.849-859
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2017
This paper illustrates the analysis and design of a multi-resonant converter applied to an electric vehicle (EV) charger. Thanks to the notch resonant characteristic, the multi-resonant converter achieve soft switching and operate with a narrowed switching frequency range even with a wide output voltage range. These advantages make it suitable for battery charging applications. With two more resonant elements, the design of the chosen converter is more complex than the conventional LLC resonant converter. However, there is not a distinct design outline for the multi-resonant converters in existing articles. According to the analysis in this paper, the normalized notch frequency $f_{r2n}$ and the second series resonant frequency $f_{r3n}$ are more sensitive to the notch capacitor ratio q than the notch inductor ratio k. Then resonant capacitors should be well-designed before the other resonant elements. The peak gain of the converter depends mainly on the magnetizing inductor ratio $L_n$ and the normalized load Q. And it requires a smaller $L_n$ and Q to provide a sufficient voltage gain $M_{max}$ at ($V_{o\_max}$, $P_{o\_max}$). However, the primary current increases with $(L_nQ)^{-1}$, and results in a low efficiency. Then a detailed design procedure for the multi-resonant converter has been provided. A 3.3kW prototype with an output voltage range of 50V to 500V dc and a peak efficiency of 97.3 % is built to verify the design and effectiveness of the converter.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제1권4호
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pp.483-491
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2012
It is expected that, in the future, DC power service will be widely used for photovoltaic home power generation systems, since DC consuming devices are ever increasing. Instead of using multiple converters to convert DC to AC and then AC to DC, the power service could solely be based on DC. This would eliminate the need for converters, reducing the cost, complexity, and possibly increasing the efficiency. However, configuration of direct DC power service with mechanical contacts can cause spark voltage or an electric shock when the switch is turned on and off. To solve these problems, in this paper, a contactless power supply for a DC power service that can transfer electric power produced by photovoltaics to the home electric system using magnetic coupling instead of mechanical contacts has been proposed. The proposed system consists of a ZVS boost converter, a half-bridge LLC resonant converter, and a contactless transformer. This proposed contactless system eliminates the use of DC switches. To reduce the stress and loss of the boost converter switching devices, a lossless snubber with coupled inductor is applied. In this paper, a switching frequency control technique using the contactless voltage sensing circuit is also proposed and implemented for the output voltage control instead of using additional power regulators. Finally, a prototype consisted of 150W boost converter has been designed and built to demonstrate the feasibility of the proposed contactless photovoltaic DC power service. Experimental results show that 74~83% overall system efficiency is obtained for the 10W~80W load.
This paper presents a new hybrid soft switching dc-dc converter with a low circulating current and high circuit efficiency. The proposed hybrid converter includes two sub-converters sharing two power switches. One is a three-level PWM converter and the other is a LLC converter. The LLC converter and the three-level converter share the lagging-leg switches and extend the zero-voltage switching (ZVS) range of the lagging-leg switches from nearly zero to full load since the LLC converter can be operated at fsw (switching frequency) $\approx$ fr (series resonant frequency). A passive snubber is used on the secondary side of the three-level converter to decrease the circulating current on the primary side, especially at high input voltage and full load conditions. Thus, the conduction losses due to the circulating current are reduced. The output sides of the two converters are connected in series. Energy can be transferred from the input voltage to the output load within the whole switching period. Finally, the effectiveness of the proposed converter is verified by experiments with a 1.44kW prototype circuit.
The plasma process is applied to various industrial fields such as high-tech IT industry, textiles and medical. Therefore, there is increasing interest in the plasma power supply, and demand for power devices of high efficiency and high power density is increased. Plasma power supply for process must solve the arc problem, when the plasma is unstable. The output capacitor is closely related to the arc problem. If the output capacitor is smaller, the damage from the arc problem is reduced. However, the small value of the output capacitor affects the operating characteristics of the power supply. In this paper, a LLC resonant converter is adopted, because it can achieve high efficiency and power density in the plasma DC power supply. However, due to the small value of the output capacitor, the converter is operated as a LLCC resonant converter. Therefore, a gain characteristic of LLCC resonant converter is analyzed by using the FHA (First Harmonic Approximation) in plasma power supply. Simulation and experimental results are presented to verify the characteristic analysis of LLCC Resonant Converter.
This paper proposes a three-phase single-stage AC-DC converter for the small wind generation system. Input power factor improvement and insulated output can be implemented with the proposed three-phase single-stage AC-DC converter under the wide power generation voltage (80-260 Vac) and frequency (10-42 Hz) in a small wind power generation (WPG) system. The proposed converter is also capable of zero-voltage switching in the primary-side switches and zero-current switching in the secondary-side diodes by phase-shift control at a fixed switching frequency. In addition, it is possible to control a wide output voltage (Vo: 39 VDC-60 VDC) by varying the link voltage and improving the input power factor (PF) and the total harmonic distortion factor (THDi). Simulation and experimental results verified the validity of the proposed converter.
A high-efficiency and small-sized switched-mode line transformer (SMLT) is proposed in this study. The conventional structure of an adapter is composed of line transformer and rectifiers. This structure has a limit in miniaturizing due to low-frequency line transformer. Another structure is composed of power factor correction (PFC) and DC/DC converter. This structure has a limit in reducing volume due to two-stage structure. As the proposed SMLT is composed of an LLC resonant converter, a high-frequency transformer can be adopted to achieve isolation standards and size reduction. This proposed structure has different operation modes in accordance with line input voltage to overcome poor line regulation. In addition, the proposed SMLT is applied to the front of a conventional PFC converter, because the SMLT output voltage is restored to rectified sinusoidal wave by using a full-bridge rectifier in the secondary side. The design of the PFC converter is easy, because the SMLT output voltage is controlled as rectified sinusoidal wave. The validity of the proposed converter is proven through a 350 W prototype.
A soft switching converter with wide voltage range operation is investigated in this paper. A series resonant converter is implemented to achieve a high circuit efficiency with soft switching characteristics on power switches and rectifier diodes. To improve the weakness of the narrow voltage range in LLC converters, an alternating current (ac) power switch is used on the primary side to select a half-bridge or full-bridge resonant circuit to implement 4:1 voltage range operation. On the secondary-side, another ac power switch is adopted to select a full-wave rectifier or voltage-doubler rectifier to achiever an additional 2:1 output voltage range. Therefore, the proposed resonant converter has the capacity for 8:1 (320V~40V) wide output voltage operation. A single-stage hybrid resonant converter is employed in the study circuit instead of a two-stage dc converter to achiever wide voltage range operation. As a result, the study converter has better converter efficiency. The theoretical analysis and circuit characteristics are verified by experiments with a prototype circuit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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