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.
본 논문은 고전압 DC 파워 서플라이 적용을 위한 높은 전환 비의 자려발진 DC/DC 전력 변환 회로에 관한 것으로써, 하나의 스위치, 하나의 인덕터, 그리고 다수개의 캐패시터와 다이오드로 구성된다. 기존의 극성 반전 형DC/DC 컨버터 회로와 비교하여, 고압 변환 트랜스포머 대신에 인덕터를 사용할 수 있어, 자기 소자의 부피 및 크기는 물론 원가저감이 가능하다. 또한 자려 발진(Self Oscillation) 방식을 사용하여 별도의 제어 IC가 필요 없으므로, 회로구성이 대단히 간단하고, 저가격의 전원 회로를 만들 수 있다. 또한 다이오드들의 전압 스트레스가 감소하여 저가격 고성능의 고압 변환장치 구현이 가능하다. 제안된 회로의 동작원리를 설명하고, 타당성을 Simulation 및 실험을 통하여 검증한다.
The modular line-connected photovoltaic PCS (power conditioning system) is proposed. The proposed system consists of a step-up DC-DC converter and a full-bridge inverter. A step-up DC-DC converter using a dual series-resonant rectifier circuit and a active-clamp circuit is proposed to achieve a high efficiency and a high input-output voltage ratio efficiently. An IncCond (incremental conductance) MPPT (maximum power point tracking) algorithm that improves MPPT characteristic is used. By control a inverter using a linearized output current controller, a unity power factor is achieved. All algorithms and controllers are implemented on a single-chip microcontroller and the superiority of the proposed algorithms and controllers is proved by experiments.
This paper proposes a novel high step-up non-isolated DC-DC converter, suitable for regulating dc bus in various inherent low voltage micro sources especially for photovoltaic (PV) and fuel cell sources. This novel high voltage Non-isolated Boost DC-DC converter topology is best replacement, where high voltage conversion ratio is required without the transformer and also need continuous input current. Since the proposed topology utilizes the stack-based structure, the voltage gain, and the efficiency are higher than other conventional non-isolated converters. Switches in this topology is easier to control since its control signal is grounding reference. Also, there is no need of extra gate driver and extra power supply for driver circuit, which reduces the cost and size of system. In order to show the feasibility and practicality of the proposed topology principle operation, steady state analysis and simulation result is presented and analyzed in detail. To verify the performance of proposed converter and theoretical analysis 360W laboratory prototype is implemented.
Divya Navamani., J;Vijayakumar., K;Jegatheesan., R;Lavanya., A
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제12권1호
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pp.189-197
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2017
This paper elaborates two novel proposed topologies (type-I and type-II) of the high step-up DC-DC converter using switched inductor and voltage multiplier cell. The advantages of these proposed topologies are the less voltage stress on semiconductor devices, low device count, high power conversion efficiency, high switch utilization factor and high diode utilization factor. We analyze the Type-II topologies operating principle and mathematical analysis in detail in continuous conduction mode. High-intensity discharge lamp for the automotive application can use the derived topologies. The proposed converters give better performance when compared to the existing types. Also, it is found that the proposed type-II converter has relatively higher voltage gain compared to the type-I converter. A 40 W, 12 V input voltage and 72 V output voltage has developed for the type-II converter and the performances are validated.
In this paper, a new high step up DC/DC converter with a modified super-lift technique is presented. The coupled inductor technique is combined with the super-lift technique to provide a tenfold or more voltage gain with a proper duty cycle and a low turn ratio. Due to a high conversion ratio, the voltage stress on the semiconductor devices is reduced. As a result, low voltage ultra-fast recovery diodes and low on resistance MOSFET can be used, which improves the reverse recovery problems and conduction losses. This converter employs a passive clamp circuit to recycle the energy stored in the leakage inductance. The proposed convertor features a high conversion ratio with a low turn ratio, low voltage stress, low reverse recovery losses, omission of the inrush currents of the switch capacitor loops, high efficiency, small volume and reduced cost. This converter is suitable for renewable energy applications. The operational principle and a steady-state analysis of the proposed converter are presented in details. A 200W, 30V input, 380V output laboratory prototype circuit is implemented to confirm the theoretical analysis.
A bidirectional DC-DC converter (BDC) is an indispensable electrical unit for the electric vehicles (EVs). High efficiency, high power density, isolation, light weight and reliability are all essential requirements for BDC. In this paper, a 3 kW BDC for the battery charger of EVs is proposed. The proposed converter consists of a half-bridge structure on the primary side and an isolation transformer and a synchronous rectifier structure on the secondary side. With this topology, minimum number of switching devices are required for bidirectional power flow between the two dc buses of EVs. The easy implementation of the synchronous rectification gives advantages in terms of efficiency, cost and flexibility. The proposed BDC achieves high efficiency when operating in both modes (step-up and step-down). A 3 kW prototype is implemented to verify theoretical analysis and the performance of the proposed converter.
A wide-voltage-conversion range bidirectional DC-DC converter is proposed in this paper. The topology is comprised of one typical LC energy storage component and a special common grounded asymmetric H-bridge with four active power switches/anti-parallel diodes. The narrow output PWM voltage is generated from the voltage difference between two normal (wider) output PWM voltages from the asymmetric H-bridge with duty cycles close to 0.5. The equivalent switching frequency of the output PWM voltage is double the actual switching frequency, and a wide step-down/step-up ratio range is achieved. A 300W prototype has been constructed to validate the feasibility and effectiveness of the proposed bidirectional converter between the variable low voltage side (24V~48V) and the constant high voltage side (200V). The slave active power switches allow ZVS turn-on and turn-off without requiring any extra hardware. The maximum conversion efficiency is 94.7% in the step-down mode and 93.5% in the step-up mode. Therefore, the proposed bidirectional topology with a common ground is suitable for energy storage systems such as renewable power generation systems and electric vehicles with a hybrid energy source.
본 논문에서는 집적 가능한 전력변환기 제작을 위하여 자화 소자가 없는 전력용 직류-직류 변환기를 제안하였다. 자화 소자가 없는 대신, 압전 트랜스듀서의 유도성 임피던스 구간을 사용함으로써 에너지 저장 및 소프트 스위칭을 위한 공진파형을 구현하였다. 압전소자는 권선이 없고 전극을 사용하여 전력을 전달하므로, 반도체 공정을 통한 대량생산이 가능한 장점이 있다. 본 논문에서는 압전 트랜스듀서를 적용가능한 승압형 공진형 직류-직류 변환 회로를 제안하고, 동작모드 및 주파수 제어 특성을 분석하였다. 또한, 단일 컨버터를 확장한 다중 직렬형 토폴로지를 살펴보고, 동일하게 주파수 제어 특성을 분석하였다. 분석 결과를 검증하기 위하여 10W 출력 직류-직류 전력변환기 하드웨어를 제작하였다. 또한 확장형 다중 직렬 컨버터 하드웨어를 제작하여 검증하였다. 단일 컨버터와 동일하게 주파수 제어 특성을 보였으며, 전력변환기로 매우 우수한 효율 성능을 보임을 알 수 있었다.
This paper is to study on the step-up DC-DC converter for power system which yields output characteristics of low voltage and high current, such as fuel cell generation system. DC-AC-DC scheme is suggested for high ratio of voltage conversion. Three phase MOSFET-SPWM inverter is adopted for intermediate AC conversion and inverter output frequency is chosen at 400[Hz] in order to reduce the size of magnetic circuit and DC filter. Since control strategy which combines voltage controller with current controller in parallel is used, good output performance is obtained both in steady state and in transient state like load variation, not only in single unit operation but also in parallel operation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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