The high-switching-frequency operation of power converters can achieve high power density through size reduction of passive components, such as capacitors, inductors, and transformers. However, a small-output capacitor that has small capacitance and low effective series resistance changes the small-signal model of the converter power stage. Such a capacitor can make the converter unstable by increasing the crossover frequency in the transfer function of the small-signal model. In this paper, the design and implementation of a high-frequency LLC resonant converter are presented to verify the power density enhancement achieved by decreasing the size of passive components. The effect of small output capacitance is analyzed for stability by using a proper small-signal model of the LLC resonant converter. Finally, proper design methods of a feedback compensator are proposed to obtain a sufficient phase margin in the Bode plot of the loop gain of the converter for stable operation at 500 kHz switching frequency. A theoretical approach using MATLAB, a simulation approach using PSIM, and experimental results are presented to show the validity of the proposed analysis and design methods with 100 and 500 kHz prototype converters.
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.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.1
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pp.79-84
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2008
For the precision measurement of industrial products, the location of holes inside the products, if they exist, are often selected as feature points. The measurement of hole location would be performed by vision and laser-vision sensor. However, the usage of those sensors is limited in case of big change of light intensity and reflective shiny surface of the products. In order to overcome the difficulties, we have developed a hole displacement measuring device using contact-type displacement sensors (LVDTs). The developed measurement device attached to a robot measures small displacement of a hole by allowing its X-Y movement due to the contact forces between the hole and its own circular cone. The developed device consists of three plates which are connected in series for its own function. The first plate is used for the attachment to an industrial robot with ball-bush joints and springs. The second and third plates allow X-Y direction as LM guides. The bottom of the third plate is designed that various circular cones can be easily attached according to the shape of the hole. The developed system was implemented for its effectiveness that its measurement accuracy is less than 0.05mm.
This study presents a new interleaved three-level zero-voltage switching (ZVS) converter for high-voltage and high-current applications. Two circuit cells are operated with interleaved pulse-width modulation in the proposed converter to reduce the current ripple at the input and output sides, as well as to decrease the current rating of output inductors for high-load-current applications. Each circuit cell includes one half-bridge converter and one three-level converter at the primary side. At the secondary side, the transformer windings of two converters are connected in series to reduce the size of the output inductor or switching current in the output capacitor. Based on the three-level circuit topology, the voltage stress of power switches is clamped at $V_{in}/2$. Thus, MOSFETs with 500 V voltage rating can be used at 800 V input voltage converters. The output capacitance of the power switch and the leakage inductance (or external inductance) are resonant at the transition interval. Therefore, power switches can be turned on under ZVS. Finally, experiments verify the effectiveness of the proposed converter.
This paper describes the design and implementation of a trigger circuit which can be series connected with main pulse circuit for a xenon flash lamp driver. For generating high voltage, the trigger circuit is designed as an inductive energy storage pulsed power modulator with 2 state step-up circuit consisting of a boost converter and a flyback circuit. In order to guarantee pulse width, a resonant capacitor on the output side of the flyback circuit is designed. This capacitor limits the output voltage to protect the flyback switch. In addition, to protect another power supply of xenon flash lamp driver from trigger pulse, the high voltage transformer which can carry the full current of main pulse is designed. To verify the proposed design, the trigger circuit is developed with the specification of maximum 23 kV, 0.6 J/pulse output and tested with a xenon flash lamp driver consisting of a main pulse circuit and a simmer circuit.
This paper shows the design of the high voltage capacitor charger which using a modified series parallel resonant converter. The used silicon carbide Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (SiC MOSFET) is proper for the few hundred kHz of high switching frequency to overcome the bulk resonant inductor and snubber capacitors. Furthermore, to increase the amount of the charging current, three phase delta transformer is used as well as the secondary sides are connected in parallel. In this paper, the design procedure of the high voltage capacitor charger is suggested and the output power is verified by the experimental results with the rated resistor load.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.11
no.4
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pp.371-377
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2006
Cold cathode fluorescent lamps (CCFL) show complex characteristics, which make it difficult to drive them in parallel. In this paper, a multi-lamp driving scheme is proposed to drive multiple lamps for LCD back light to reduce output current unbalance. This propose system is composed of parallel CCFLs, series transformers. The driving system adopts only one backlight inverter to drive multi cold cathode fluorescent lamps (CCFL). Moreover the circuit introduces a multi-lamp driving transformer to reduce lamp-current imbalance. The validity of the proposed scheme is confirmed by the simulated and experimental results.
The technology of inductive power transfer has been proved to be a promising solution in many applications especially in electric vehicle (EV) charging systems, due to its features of safety and convenience. However, loosely coupled transformers lead to the system efficiency not coming up to the expectation at the present time. Therefore, at first, the magnetic core losses are calculated with a novel magnetic-circuit model instead of the commonly used finite-element-method (FEM) simulations. The parameters in the model can be obtained with a one-time FEM simulation, which makes the calculation process expeditious. When compared with traditional methods, the model proposed in the paper is much less time-consuming and relatively accurate. These merits have been verified by experimental results. Furthermore, with the proposed loss calculation model, the system is optimized by parameter sweeping, such as the operating frequency and winding turns. Specifically, rather than a predesigned switching frequency, a more efficiency-optimized frequency for the series-parallel (SP) compensation topology is detected and a detailed investigation has been presented accordingly. The optimized system is capable of an efficiency that is greater than 93% at a coil separation distance of 200mm and coil dimensions of $600mm{\times}400mm$.
This paper presents a pulse-width adjustment (PWA) strategy for a novel bidirectional DC-DC boost converter to improve the performance of the dynamic inductor current response. This novel converter consists of three main components: a full-bridge converter (FBC), a high-frequency isolated transformer with large leakage inductance, and a three-level voltage-doubler rectifier (VDR). A number of scholars have analyzed the principles, such as the soft-switching performance and high-efficiency characteristic, of this converter based on pulse-width modulation plus phase-shift (PPS) control. It turns out that this converter is suitable for energy storage applications and exhibits good performance. However, the dynamic inductor current response processes of control variable adjustment is not analyzed in this converter. In fact, dc component may occur in the inductor current during its dynamic response process, which can influence the stability and reliability of the converter system. The dynamic responses under different operating modes of a conventional feedforward control are discussed in this paper. And a PWA strategy is proposed to enhance the dynamic inductor current response performance of the converter. This paper gives a detailed design and implementation of the PWA strategy. The proposed strategy is verified through a series of simulation and experimental results.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.64
no.2
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pp.79-84
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2015
Voltage sags are considered the dominant disturbances affecting power quality. Dynamic voltage restorers(DVRs) are mainly used to protect sensitive loads from the electrical network voltage disturbances such as sags or swells and could be used to reduce harmonic distortion of ac voltages. The typical DVR topology essentially contains a PWM inverter with LC Filter, an injection transformer connected between the ac voltage line and the sensitive load, and a DC energy storage device. For injecting series voltage, the PWM inverter is used and the passive filter consist of inductor(L) and capacitor(C) for harmonics elimination of the inverter. However there are voltage pulsation responses by the characteristic of the LC passive filter that eliminate the harmonics of the PWM output waveform of the inverter. Therefore, this paper presented design and feedback performance of LC filter used in the DVRs. The voltage control by LC filter should be connected in the line side since this feedback method allows a relatively faster dynamic response, enabling the elimination of voltage notches or spikes in the beginning and in the end of sags and strong load voltage THD reduction. Illustrative examples are also included.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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