• 전력전자학회논문지
• /
• 제19권1호
• /
• pp.23-30
• /
• 2014

This paper proposes a single power-conversion ac-dc converter with a dc-link capacitor-less and high power factor. The proposed converter is derived by integrating a full-bridge diode rectifier and a series-resonant active-clamp dc-dc converter. To obtain a high power factor without a power factor correction circuit, this paper proposes a suitable control algorithm for the proposed converter. The proposed converter provides single power-conversion by using the proposed control algorithm for both power factor correction and output control. Also, the active-clamp circuit clamps the surge voltage of switches and recycles the energy stored in the leakage inductance of the transformer. Moreover, it provides zero-voltage turn-on switching of the switches. Also, a series-resonant circuit of the output-voltage doubler removes the reverse-recovery problem of the output diodes. The proposed converter provides maximum power factor of 0.995 and maximum efficiency of 95.1% at the full-load. The operation principle of the converter is analyzed and verified. Experimental results for a 400W ac-dc converter at a constant switching frequency of 50kHz are obtained to show the performance of the proposed converter.

• 전자공학회논문지
• /
• 제53권7호
• /
• pp.27-38
• /
• 2016

본 논문에서는 저전력 복합 스위칭 기법을 기반으로 하여 $0.16mm^2$의 면적을 가지는 12비트 30MS/s SAR ADC를 제안한다. 제안하는 ADC에 적용된 복합 스위칭 기법은 기존의 monotonic 스위칭 기법에 $V_{CM}$ 기반의 스위칭 기법을 접목한 것으로써 SAR ADC의 선형성을 제한하는 동적 오프셋 문제를 최소화하는 동시에 평균 스위칭 전력소모도 최소화할 수 있다. 제안하는 C-R 하이브리드 DAC 회로에는 균등 분할 커패시터 구조 및 기준전압 레인지 스케일링 기법을 적용하여 입력신호와 기준전압의 범위를 일치시키면서 12비트 해상도에서 사용되는 단위 커패시터의 총 개수를 64개로 줄이는 동시에 효율적으로 $V_{CM}$ 기반의 스위칭을 수행하여 전체적인 회로를 간소화하였다. 한편, 제안하는 SAR ADC의 SAR 논리회로에는 D 플립플롭 기반이 아닌 래치구조의 레지스터를 사용하여 빠르고 안정적인 SAR 동작을 구현하였으며, 출력 값을 디코더 논리회로 없이 DAC의 스위치에 직접 인가하여 면적 및 전력소모를 줄였다. 제안하는 SAR ADC는 0.18um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 12비트 해상도에서 각각 최대 0.85LSB, 2.53LSB이고, 30MS/s 동작속도에서 동적성능은 최대 59.33dB의 SNDR 및 69.83dB의 SFDR을 보인다. 제안하는 시제품 ADC는 1.8V 전원전압에서 2.25mW의 전력을 소모한다.

• 한국진공학회지
• /
• 제13권1호
• /
• pp.14-21
• /
• 2004

오늘날 전력소자의 작동에 고주파를 사용하기 때문에 에너지 손실을 줄이기 위해 전력소자의 스위칭 속도를 증가시키는 것은 필수적이다. 본 연구에서는 $p^+- n^-$ 접합 다이오드의 스위칭 속도를 증가시킬 목적으로 minority carrier의 수명을 감소시킬 수 있는 전자조사를 실시하였다. 다이오드의 전기적 성질에 대한 전자조사의 효과를 나타냈다. 스위칭 속도는 효과적으로 증가하였다. 또한 증가될 것으로 예상되는 접합 누설 전류와 전자조사 후 정전압강하는 최적 조건의 에너지와 dose량으로 조사된 $p^+- n^-$접합 다이오드에서는 무시할 수 있는 정도로 나타났다. DLTS와 C-V 분석은 실리콘 기판에서 전자조사로 감소된 결함은 0.284eV와 0.483eV의 에너지 준위를 갖는 donor-like 결함인 것을 보여준다. 본 연구에서의 실험 결과를 고려해 보면, 전자조사는 $p^+- n^-$ 접합 다이오드 전력 소자의 스위칭 속도를 증가시켜 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 가장 유용한 기술이라고 결론지을 수 있다.

• Journal of Power Electronics
• /
• 제18권5호
• /
• pp.1336-1346
• /
• 2018

Wide band gap semiconductor devices such as SiC MOSFETs are becoming the preferred devices for high frequency and high power density converters due to their excellent performances. However, the proportion of the switching loss that accounts for the whole inverter loss is growing along with an increase of the switching frequency. In view of the third quadrant working characteristics of a SiC MOSFET, synchronous rectification discontinuous pulse-width modulation is proposed (SRDPWM) to further reduce system losses. The SRDPWM has been analyzed in detail. Based on a frequency domain mathematical model, a quantitative mathematical analysis of the harmonic characteristic is conducted by double Fourier transform. Meanwhile, a switching loss model and a conduction loss model of inverter for SRDPWM have been built. Simulation and experimental results verify the result of the harmonic analysis of the double Fourier analysis and the accuracy of the loss models. The efficiencies of the SRDPWM and the SVPWM are compared. The result indicates that the SRDPWM has fewer losses and a higher efficiency than the SVPWM under high switching frequency and light load conditions as a result of the reduced number of switching transitions. In addition, the SRDPWM is more suitable for SiC MOSFET converters.

• 전력전자학회논문지
• /
• 제3권4호
• /
• pp.287-297
• /
• 1998

RPWM(Random Pulse Width Modulation)은 인버터의 스위칭 주파수를 랜덤하게 변화 시킴으로써 전압, 전류의 고조파 및 소음의 스펙트럼을 광대역에 분산시키는 PWM 기법이다. 스위칭 주파수 또는 펄스의 위치를 랜덤하게 변화시켜 고조파의 불연속적인 이산치 성분을 넓은 영역에 분산시켜 EMI, 진동 등에 좋은 효과를 낼 수 있을 뿐만 아니라, 전력소자의 스위칭에 의해 발생하는 가청 스위칭 소음을 저감할 수 있으므로 근래에 매우 각광 받고 있다. 본 연구에서는 펄스의 위치를 랜덤하게 함으로써 가청 스위칭 소음을 저감할 수 있는 새로운 RPPWM(Random Position Pulse Width Modulation) 방식의 제안 및 구현하였다. 제안된 방식은 각 3상 펄스들의 위치를 변조 구간 내의 임의의 위치에 랜덤하게 배치함으로써 RPWM을 구현하는 방식이다. 이를 위하여 16bit 공성능 마이크로 컨트롤러의 C167을 사용하여, 공각 벡터 변조에 의하여 각 변조 구간에서의 듀티비를 구한 후, 랜덤수 발생기를 이용하여 균일한 분포로 각 상의 펄스를 배치하였다. 그리고 제안된 RPPWM을 이용하여 실험한 결고, 전압, 전류 및 소음의 스텍트럼이 광대역화 되어 전력소자의 스위칭에 의해 발생하는 전동기의 가청 스위칭 소음이 현저히 저감 됨을 확인하였다.

• 전기전자학회논문지
• /
• 제16권4호
• /
• pp.335-342
• /
• 2012

본 논문에서는 고효율과 고역률을 위한 새로운 DCM-ZVS 스텝 업-다운 AC-DC 컨버터에 대해 연구된다. 제안한 DCM-ZVS 컨버터에 사용된 스위칭 소자들은 새로운 유사공진 회로에 의해 소프트 스위칭 기법으로 동작되고, 펄스폭변조(PWM) 방식에 의한 전류불연속모드(DCM)로 구동된다. 제안한 컨버터의 유사공진 회로는 스텝 업-다운 인덕터와 무손실 스너버 커패시터로 구성되고, 또한 DCM에 의해 제어회로 기법과 제어회로 구성이 간단한 장점이 주어진다. 입력 교류 전류파형은 일정 스위칭 주파수에 의한 교류 입력전압의 크기에 비례한 유사 정현파형으로 된다. 그 결과, 제안한 DCM-ZVS 컨버터는 낮은 스위칭 손실과 고효율을 얻을 수 있으며, 컨버터의 입력역률은 거의 단위역률로 된다. 해석적 결과의 타당성은 다양한 컴퓨터 시뮬레이션과 실험 결과를 통해 입증된다.

• Journal of Power Electronics
• /
• 제9권5호
• /
• pp.781-790
• /
• 2009

This paper presents an implementation of a direct active and reactive power control for a doubly fed induction generator (DFIG), which is applied to a wind generation system as an alternative to the classical field-oriented control (FOC). The FOC has a complex control structure that consists of a current controller, a power controller and frame transformations. The performance of the FOC depends highly on parameter variations of the rotor and stator resistances and the inductances. The proposed direct power control (DPC) method produces a fast and robust power response without the need of complex structure and algorithms. One drawback, however, is its high power ripple during a steady state. In this paper, active and reactive power controllers and space-vector modulation (SVM) are combined to replace hysteresis controllers used in the original DPC drive, resulting in a fixed switching frequency of the power converter. Simulation results with the FOC and DPC for a 3kW DFIG are given and discussed, and the experimental results of a test involving identical machines are presented to illustrate the feasibility of the proposed control strategy.

• Journal of Power Electronics
• /
• 제18권5호
• /
• pp.1448-1457
• /
• 2018

Many researchers devote themselves to develop model-predictive direct power control (MPDPC) so as to accelerate the response speed of the grid-connected systems, but they are troubled its large computing amount. On the basis of MPDPC, dual MPDPC (DMPDPC) is presented in this paper. The proposed algorithm divides the conventional MPDPC into two steps. In the first step, the optimal sector is obtained, which contains the optimal switching state in three-level converters. In the second step, the optimal switching state in the selected sector is searched to trace reference active and reactive power and balance neutral point voltage. Simulation and experiment results show that the proposed algorithm not only decreases the computational amount remarkably but also improves the steady-state performance. The dynamic response of the DMPDPC is as fast as that of the MPDPC.

• Journal of Power Electronics
• /
• 제16권5호
• /
• pp.1629-1638
• /
• 2016

Differential power processing (DPP) systems are among the most effective architectures for photovoltaic (PV) power systems because they are highly efficient as a result of their distributed local maximum power point tracking ability, which allows the fractional processing of the total generated power. However, DPP systems require a high-efficiency, high step-up/down bidirectional converter with broad operating ranges and galvanic isolation. This study proposes a single, magnetic, high-efficiency, high step-up/down bidirectional DC-DC converter. The proposed converter is composed of a bidirectional flyback and a bidirectional isolated switched-capacitor cell, which are competitively cheap. The output terminals of the flyback converter and switched-capacitor cell are connected in series to obtain the voltage step-up. In the reverse power flow, the converter reciprocally operates with high efficiency across a broad operating range because it uses hard switching instead of soft switching. The proposed topology achieves a genuine on-off interleaved energy transfer at the transformer core and windings, thus providing an excellent utilization ratio. The dynamic characteristics of the converter are analyzed for the controller design. Finally, a 240 W hardware prototype is constructed to demonstrate the operation of the bidirectional converter under a current feedback control loop. To improve the efficiency of a PV system, the maximum power point tracking method is applied to the proposed converter.

• Journal of Power Electronics
• /
• 제13권4호
• /
• pp.558-568
• /
• 2013

In this paper, a new decoupling technique for a flyback inverter using an active power decoupling circuit with auxiliary winding and a novel switching pattern is proposed. The conventional passive power decoupling method is applied to control Maximum Power Point Tracking (MPPT) efficiently by attenuating double frequency power pulsation on the photovoltaic (PV) side. In this case, decoupling capacitor for a flyback inverter is essentially required large electrolytic capacitor of milli-farads. However using the electrolytic capacitor have problems of bulky size and short life-span. Because this electrolytic capacitor is strongly concerned with the life-span of an AC module system, an active power decoupling circuit to minimize input capacitance is needed. In the proposed topology, auxiliary winding defined as a Ripple port will partially cover difference between a PV power and an AC Power. Since input capacitor and auxiliary capacitor is reduced by Ripple port, it can be replaced by a film capacitor. To perform the operation of charging/discharging decoupling capacitor $C_x$, a novel switching sequence is also proposed. The proposed topology is verified by design analysis, simulation and experimental results.