Input-series-output-parallel (ISOP) converters consisting of multiple modular DC/DC converters can enable low voltage rating switches to be used under high voltage input applications. This paper presents a digital control strategy, which can achieve equal sharing of input voltage for a modular ISOP system consisting of two-transistor forward DC/DC converters by forcing the input voltages of neighboring modules to be equal. The proposed scheme is analyzed using small signals analysis based on the state space average method. The performance of the proposed control strategy is verified with an experimental prototype of an ISOP converter made up of three two-switch forward converters.
In this paper, an alternative non-isolated DC-DC converter with a high voltage boosting capability is proposed. Two inductors are used and one of them has its flux linkage increases during its charging period to achieve a high step-up voltage gain. Among the three integrated capacitors, one portrays the partial characteristic of the switched-capacitor technique, while the other two are connected in series across the load. With the two switches controlled using the same duty cycle, the proposed topology demonstrates the merits of a higher and wider range of step-up voltage gain when compared with recent topologies. In addition, a reduction in loss is induced and a higher efficiency is ensured with all the voltage stresses constrained within the output voltage. Operation of the proposed converter is analyzed and validated through experimental results obtained with a prototype.
Sharath Kumar, P.;Vishwanathan, N.;Bhagwan, K. Murthy
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제10권1호
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pp.271-279
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2015
Induction cooking application with multiple loads need high power inverters and appropriate control techniques. This paper proposes an inverter configuration with buck-boost converter for multiple load induction cooking application with independent control of each load. It uses one half-bridge for each load. For a given dc supply of $V_{DC}$, one more $V_{DC}$ is derived using buck-boost converter giving $2V_{DC}$ as the input to each half-bridge inverter. Series resonant loads are connected between the centre point of $2V_{DC}$ and each half-bridge. The output voltage across each load is like that of a full-bridge inverter. In the proposed configuration, half of the output power is supplied to each load directly from the source and remaining half of the output power is supplied to each load through buck-boost converter. With buck-boost converter, each half-bridge inverter output power is increased to a full-bridge inverter output power level. Each half-bridge is operated with constant and same switching frequency with asymmetrical duty cycle (ADC) control technique. By ADC, output power of each load is independently controlled. This configuration also offers reduced component count. The proposed inverter configuration is simulated and experimentally verified with two loads. Simulation and experimental results are in good agreement. This configuration can be extended to multiple loads.
This paper presents a soft switching DC/DC converter for high voltage application. The interleaved pulse-width modulation (PWM) scheme is used to reduce the ripple current at the output capacitor and the size of output inductors. Two converter cells are connected in series at the high voltage side to reduce the voltage stresses of the active switches. Thus, the voltage stress of each switch is clamped at one half of the input voltage. On the other hand, the output sides of two converter cells are connected in parallel to achieve the load current sharing and reduce the current stress of output inductors. In each converter cell, a half-bridge converter with the asymmetrical PWM scheme is adopted to control power switches and to regulate the output voltage at a desired voltage level. Based on the resonant behavior by the output capacitance of power switches and the transformer leakage inductance, active switches can be turned on at zero voltage switching (ZVS) during the transition interval. Thus, the switching losses of power MOSFETs are reduced. The current doubler rectifier is used at the secondary side to partially cancel ripple current. Therefore, the root-mean-square (rms) current at output capacitor is reduced. The proposed converter can be applied for high input voltage applications such as a three-phase 380V utility system. Finally, experiments based on a laboratory prototype with 960W (24V/40A) rated power are provided to demonstrate the performance of proposed converter.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제14권3호
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pp.300-312
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2014
A single-inductor multiple-output (SIMO) DC-DC converter providing buck and boost outputs with a new switching sequence is presented. In the proposed switching sequence, which does not require any additional blocks, input energy is delivered to outputs continuously by flowing current through the inductor, which leads to high conversion efficiency regardless of the balance between the buck and boost output loads. Furthermore, instead of multiple output loop compensation, only the freewheeling current feedback loop is compensated, which minimizes the number of off-chip components and nullifies the need for the equivalent series resistance (ESR) of the output capacitor for loop compensation. Therefore, power conversion efficiency and output voltage ripples can be improved and minimized, respectively. Implemented in a 0.35-${\mu}m$ CMOS, the proposed SIMO DC-DC converter achieves high conversion efficiency regardless of the load balance between the two outputs with maximum efficiency reaching up to 82% under heavy loads.
In this paper, a performance of bi-directional DC/DC converter using PFM control at whole load range is analyzed. A bi-directional DC/DC converter using PFM control in this paper can be soft switching operation with LC series resonant circuit. It's difficult to expect a high efficiency at whole load range in general resonant converter because of limitation of soft switching area. Therefore converter used in this paper has a variable frequency PFM control to overcome a limitation of soft switching area and it makes a high efficiency at whole load range by implementing a soft switching at light load area of restricted soft switching. The high efficiency at whole load range is verified by simulation and experimental result.
A high-step-up DC/DC converter for renewable energy systems is proposed. The proposed structure provides high voltage gain by using a coupled inductor without the need for high duty cycles and high turn ratios. The voltage gain is increased through capacitor-charging techniques. In the proposed converter, the energy of the leakage inductors of the coupled inductor is reused. This feature reduces the stress on the switch. Therefore, a switch with low ON-state resistance can be used in the proposed converter to reduce losses and increase efficiency. The main switch is placed in series with the source. Therefore, the converter can control the energy flow from the source to the load. The operating principle is discussed in detail, and a steady state analysis of the proposed converter is conducted. The performance of the proposed converter is verified by experimental results.
In this study a new high step-up dc-dc converter is presented. The operation of the proposed converter is based on the capacitor switching and coupled inductor with a single active power switch in its structure. A passive voltage clamp circuit with two capacitors and two diodes is used in the proposed converter for elevating the converter's voltage gain with the recovered energy of the leakage inductor, and for lowering the voltage stress on the power switch. A switch with a low $R_{DS}$ (on) can be adopted to reduce conduction losses. In the generalized mode of the proposed converter, to reach a desired voltage gain, capacitor stages with parallel charge and series discharge techniques are extended from both sides of secondary side of the coupled inductor. The proposed converter has the ability to alleviate the reverse recovery problem of diodes with circuit parameters. The operating principle and steady-states analyses are discussed in detail. A 40W prototype of the proposed converter is implemented in the laboratory to verify its operation.
최근, 전자 제품의 소형화와 저소비전력화 및 향상된 효율과 역률개선이 큰 관심 사항이 되고 있다. 본 논문에서는 PWM 제어기반의 AC-DC 컨버터를 설계, 제작하였다. AC-DC 컨버터는 하나의 정류회로와 하나의 출력전압 제어 회로가 직렬로 연결되는 구조로 설계하였으며, 정류회로는 다이오드 기반 단상 전파전류 회로, 출력전압 제어 회로는 PWM 제어기반의 DC-DC 변환 회로를 적용하였다. PWM 제어를 위한 주 제어장치로 아두이노를 이용하였으며, LCD를 출력 단에 구성하여 제어 결과를 확인할 수 있도록 하였다. 시험회로를 통한 반복 실험들을 통해서 오실로스코프와 LCD에 디스플레이 되는 출력전압과 목표 출력전압의 오차를 확인하였으며, 오실로스코프 측정값을 기준으로 약 5%의 오차율을 보임으로써 제안된 설계 방법론의 유효성을 확인할 수 있었다.
This paper proposes an individual charge equalization converter using selective two current paths for series connected lithium-ion battery strings. In the proposed equalizer, a central equalization converter acting as a controllable current source is sequentially connected in parallel with individual batteries through an array of cell selection switches. A flyback converter with a modified rectifier realizes a controllable current source. A central equalization converter is shared by every battery cells through the cell selection switch, instead of a dedicated charge equalizer for each cell. With this configuration, although the proposed equalizer has one dc-dc converter, individual charge equalization can be effectively achieved for the each cell in the strings. Furthermore, since the proposed equalizer would not allocate the separated dc-dc converter to each cell, such that the implementation of great size reduction and low cost can be allowed. In this paper, an optimal power rating design guide is also employed to obtain a minimal balancing size while satisfying equalization requirements. A prototype for eight lithium-ion battery cells is optimally designed and implemented. Experimental results verify that the proposed equalization method has good cell balancing performance showing small size, and low cost.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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