This paper is mainly concerned with a high frequency soft-switching PWM inverter suitable for consumer induction heating systems. The proposed system is composed of a soft switching chopper based boost PFC converter stage with passive snubber and phase shifted PWM controlled full bridge ZVZCS high frequency inverter stage. Its fundamental operating performances are illustrated and evaluated in the experimental results. Its effectiveness is substantially proved on the basis of the experimental results from a practical point of view.
Single-stage converters are simpler and less expensive than convention two-stage converters. It can be a challenge, however, to design single-stage converters to satisfy certain key criteria such as input power factor, primary-side do bus voltage, and output voltage ripple. This is especially true for higher power single-stage AC/DC TTFC(Two-Transistor Forward Converter).
The buck-boost converter is employed as the variable output PFC power stage. From the loss analysis, this topology has a high efficiency from light load to heavy load. A modified input current sensing scheme is presented to overcome the problem of the insufficient phase margin for the PFC circuit near the maximum output voltage. The variable output PFC circuit has a good performance in the wide output voltage range, under both the Boost mode when the output voltage is high and the Buck+Boost mode when the output voltage is low.
본 논문은 고효율 및 고전력밀도 3-레벨 PFC(Power Factor Correction) 컨버터를 제안한다. 기존 PFC의 고 전력밀도를 위한 스위칭 주파수 상승은 스위칭 특성이 우수한 소자를 적용하거나, 별도의 스너버 회로가 요구되므로 설계가 복잡하며 고전력밀도 달성에 한계가 있다. 제안 PFC 컨버터는 3-레벨 방식을 적용하여 각 스위칭 소자의 전압 스트레스를 절반으로 감소시켰으며, 스위치 손실 저감을 통한 고속 스위칭 동작으로 리액티브 소자의 고밀도화를 달성하였다. 또한, 기존의 3-레벨방식은 디지털 제어를 통해 스위칭 소자의 전압 평형이 이루어졌지만, 본 논문에서는 아날로그 IC에 전압 평형을 위한 RC Delay 회로와 소수의 SMD(Surface-mount devices) 소자만을 이용하여 별도의 제어회로 없이 전압 평형이 가능하므로 고 전력밀도 달성에 유리하다. 제안회로의 타당성을 검증하기 위해 CRM(Critical conduction mode) PFC 컨버터를 기반으로 250W급 시작품 제작을 통한 실험 결과를 제시한다.
본 논문에서는, 유니버셜 입력 전압에서 높은 효율을 가지는 새로운 구조의 브리지리스 부스트 PFC 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 두 개의 인덕터와 네 개의 GaN 스위치, 두 개의 다이오드와 SPDT 릴레이를 사용하여 입력 전압에 따라 토폴로지 변환이 가능하다. 로우라인 입력전압이 인가될 경우, 제안하는 컨버터는 기존의 인터리브드 토템폴 브리지리스 PFC 컨버터로 동작하는 반면, 하이라인 입력전압이 인가될 경우, 제안하는 컨버터는 하나의 부스트 컨버터로 동작하게 된다. 따라서 제안하는 컨버터는 유니버셜 입력전압에서 높은 효율을 가지며, 고효율을 요구하는 서버용 전원장치나 유니버셜 입력을 요구하는 기타 PFC 어플리케이션에 적용될 수 있다. 제안하는 컨버터는 유니버셜 라인 입력 ($90V_{AC}{\sim}265V_{AC}$), 400V / 1.6kW 출력의 프로토타입 컨버터를 통해 동작을 검증하였다.
In this paper, a PFC(Power Factor Correction) electronic ballast with constant voltage-fed is proposed. The proposed PFC electronic ballast is combined of a High-efficiency boost converter and a conventional half bridge inverter. It is proved that the ripple of input-current and the input-current's harmonic of the proposed PFC electronic ballast are reduced using the voltage divider and soft-switching technique. It is demonstrated that simulation results for 40[W] fluorescent lamp correspond with theoretical analysis
본 논문에서는 PFC(Power Factor Correction) 컨버터의 초기 구동시 발생하는 돌입전류 문제 및 스위치의 고장을 진단하는 방법에 대해 기술한다. PFC 컨버터는 초기 구동시 출력단의 대용량 커패시터에 의해 높은 돌입전류가 발생하여 시스템 손상 및 전력 계통의 품질과 고조파를 발생하는 문제점을 갖고 있다. 따라서 본 논문에서는 저항과 스위치를 이용한 PFC 컨버터의 초기 돌입 전류 제한 및 안정적인 동작을 위한 스위치 고장진단 방법을 제안하고, 시뮬레이션을 통해 타당성을 입증하였다.
기존의 역률 보상 회로(PFC 회로)는 저전압 입력 시에 정류 다이오드의 도통손실 증가로 인해 효율 상승에 제약을 받는다. Bridgeless PFC 컨버터는 입력 측의 정류 다이오드 없이 능동 스위치가 정류 동작을 수행하도록 하여 더 높은 효율을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 고효율을 위한 새로운 절연형 bridgeless PFC 컨버터를 제안한다. 제안한 회로는 입력단의 정류 다이오드를 제거함으로써 도통 손실을 줄여 효율 향상을 꾀하였다. 또한 변압기를 사용하여 입출력 전압 이득 설계를 자유롭게 하였으며, 2차 DC/DC 컨버터 설계 시 절연이 필요하지 않도록 하였다. 제안한 회로의 성능을 65W급 프로토타입 컨버터의 실험을 통해 검증하였다.
최근 양산되고 있는 하이브리드 전기자동차에 비해서 연비를 좀 더 개선하기 위한 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 논문에서는 플러그인 하이브리드 전기자동차를 위한 고효율의 탑재형 충전기(on-board charger)에 대해서 연구한다. 탑재형 충전기는 2상 인터리브드 PFC 회로와 LLC 공진형 컨버터로 구성된다. LLC 공진형 컨버터의 새로운 설계절차를 본 논문에서 제안한다. 이는 매우 쉽고 강력한 방법이다. 위에서 언급한 내용을 확인하기 위해서 LLC 공진형 컨버터를 설계하고 PSIM 툴을 이용하여 테스트한다.
본 논문에서는 능동역률보상(PFC)의 구조를 가진 SEPIC 컨버터를 이용한 무전극 형광램프(electrodeless fluorescent lamps)용 전자식 안정기를 제안하였다. SEPIC 컨버터는 입력 전류의 낮은 고조파와 고역률의 특성을 가진다. 제안된 제어방법으로는 UC3854의 적분회로를 이용한 것으로 이 기술은 전류연속모드로 동작하는 역률보상 및 과전류보호를 제공하는 매우 간단한 제어 회로이다. 제안된 무전극 형광램프용 전자식 안정기는 3개의 무전극 형광램프용으로 설계되어 기존의 무전극 형광램프용 전자식 안정기보다 에너지 및 제작비 절약 효과가 크다. 제안된 안정기의 특성을 측정하기 위해 실험을 실시하였으며 이를 통해 고역률과 낮은 THD를 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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