This paper presents the regulation of the output voltage and inductor currents in a Single Ended Primary Inductor Converter (SEPIC), operating in the continuous conduction mode (CCM) using a sliding mode controller. Owing to the time varying nature of the SEPIC converter, designing a feedback controller is a challenging task. In order to improve the dynamic performance of the SEPIC, a Sliding Mode Controller (SMC) is developed. The developed SMC is designed by using a state space average model. The performance of the developed controller with the SEPIC converter is validated at different working conditions through Matlab simulations. It is also compared with the performance while using a PI controller. The results show that the designed controller gives very good output voltage regulation under different operating conditions such as a varying input voltage, changes in the load and component variations. A 48V, 46W experimental setup for has been developed in an analog platform to validate the performance of the proposed SMC.
A single-ended primary-inductor converter (SEPIC) features low input current ripple and output voltage up/down capability. However, the switching devices in a two-level SEPIC suffer from high voltage stresses and switching losses. To cope with this drawback, this study proposes a three-level SEPIC that uses a low voltage-rated switch and thus achieves better switching performance compared with the two-level SEPIC. The three-level SEPIC can reduce switch voltage stresses and switching losses. The converter operation and control method are described in this work. The experimental results for a 500 W prototype converter are also discussed. Experimental results show that unlike the two-level SEPIC, the three-level SEPIC achieves improved power efficiency with balanced capacitor voltages.
This study discusses the design of a parallel-operated DC-DC single-ended primary-inductor converter (SEPIC) for low-voltage application and current sharing with a constant output voltage. A coupled inductor is used for parallel-connected SEPIC topology. Generally, two separate inductors require different ripple currents, but a coupled inductor has the advantage of using the same ripple current. Furthermore, tightly coupled inductors require only half of the ripple current that separate inductors use. In this proposed work, tightly coupled inductors are used. These produce an output that is more efficient than that from separate inductors. Two SEPICs are also connected in parallel using the coupled inductors with a single common controller. An analog control circuit is designed to generate pulse width modulation (PWM) signals and to fulfill the closed-loop control function. A stable output current-sharing strategy is proposed in this system. An experimental setup is developed for a 18.5 V, 60 W parallel SEPIC (PSEPIC) converter, and the results are verified. Results indicate that the PSEPIC provides good response for the variation of input voltage and sudden change in load.
본 논문은 새로운 단일전력변환 SEPIC(Single-Ended Primary-Inductor Converter)-ZETA 절연형 양방향 컨버터를 제안한다. 제안된 컨버터는 SEPIC과 ZETA 컨버터가 결합된 구조로 절연을 통해 안정성을 강화했고, DC측 리플 전류가 낮아 에너지 저장장치의 수명을 연장시킨다. 그리고 SEPIC 컨버터 모드(DC/AC)와 ZETA 컨버터 모드(AC/DC)에서의 입출력 전압비가 동일해 양방향 제어 알고리즘이 간단하다. 또한, 기존 two-stage 구성의 양방향 컨버터와 달리 회로가 단순하며, 단일전력변환을 통한 고효율 저비용의 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이론적 해석 및 제안한 컨버터의 250W급 시작품을 이용한 실험결과를 통해 컨버터의 우수성 및 성능을 검증한다.
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.
This study proposes a dual-output single-stage bridgeless single-ended primary-inductor converter (DOSSBS) that can completely remove the front-end full-bridge alternating current-direct current rectifier to accomplish power factor correction for universal line input. Without the need for bridge diodes, the proposed converter has the advantages of low component count and simple structure, and can thus significantly reduce power loss. DOSSBS has two uncommon output ports to provide different voltage levels to loads, instead of using two separate power factor correctors or multi-stage configurations in a single stage. Therefore, this proposed converter is cost-effective and compact. A magnetically coupled inductor is introduced in DOSSBS to replace two separate inductors to decrease volume and cost. Energy stored in the leakage inductance of the coupled inductor can be completely recycled. In each line cycle, the two active switches in DOSSBS are operated in either high-frequency pulse-width modulation pattern or low-frequency rectifying mode for switching loss reduction. A prototype for dealing with an $85-265V_{rms}$ universal line is designed, analyzed, and built. Practical measurements demonstrate the feasibility and functionality of the proposed converter.
In this study, a single-power-conversion series-resonant ac-dc converter with high efficiency and high power factor is proposed. The proposed ac-dc converter consists of single-ended primary-inductor converter with an active-clamp circuit and a voltage doubler with series-resonant circuit. The active-clamp circuit clamps the surge voltage and provides zero-voltage switching of the main switch. The series-resonant circuit consists of leakage inductance $L_{lk}$ of the transformer and resonant capacitors $ C_{r1}$ and $ C_{r2}$. This circuit also provides zero-current switching of output diodes $D_1$ and $D_2$. Thus, the switching loss of switches and reverse-recovery loss of output diodes are considerably reduced. The proposed ac-dc converter also achieves high power factor using the proposed control algorithm without the addition of a power factor correction circuit and a dc-link electrolytic capacitor. A detailed theoretical analysis and the experimental results for a 1kW prototype are discussed.
본 논문에서는 입력 직류링크 전해 캐패시터와 power factor correction(PFC) 회로 없이 고효율과 고역률을 갖는 단일 전력 변환 직렬 공진형 AC-DC 컨버터를 제안한다. 제안된 컨버터의 1차측은 절연형 single-ended primary-inductor converter(SEPIC) 컨버터와 스위치의 서지 전압을 최소화하고 영전압스위칭을 위한 능동 클램프 회로로 구성되어 있다. 2차측은 큰전압 이득을 위한 배전압 회로로 구성되어 있으며 직렬 공진을 이용하여 다이오드의 영전류 스위칭을 달성함으로써 역방향 회복 문제를 해결 할 수 있다. 또한 별도의 PFC 회로와 입력 직류링크 전해 캐패시터 없이 제안된 역률개선 제어 알고리즘을 이용하여 간단한 구조로 고역률을 달성할 수 있다. 본 논문에서는 제안된 회로의 이론적 해석 및 시작품의 실험을 수행하여 타당성을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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