This paper presents a high frequency design approach for improving efficiency over a wide load range in the self-driven phase-shifted full-bridge converters for server power systems. In the proposed approach, a detailed ZVS analysis of the lagging leg switches in both the continuous conduction mode (CCM) and the discontinuous conduction mode (DCM) is presented. The optimum dead time and the determination of the appropriate operation mode are given for high efficiency according to the load conditions. Finally, the optimum operation conditions are defined to achieve a high-efficiency. A laboratory prototype operating at 80 kHz, rated 1 kW (12 V-83.3 A), is built to verify proposed theoretical analysis and evaluations. The experimental results show that the maximum efficiency is achieved as 95% and 83.5% at full load and 5% load conditions, respectively.
This paper presents novel ZVZCS PWM DC-DC converters. The proposed soft-switching technique achieves ZVS and ZCS simultaneously at both turn-on and turn-off of the main switch and diode by using only one auxiliary switch. Also, the proposed soft-switching technique is suitable for not only minority but also majority carrier semiconductor devices. The auxiliary circuit of the proposed topology is placed out the main power path and therefore, there are no voltage/current stresses on the main switch and diode. The operating principle of the proposed circuit is illustrated by a detailed study with the boost converter as an example. The validity of the proposed converter is verified by theoretical analysis, simulation and experiment results.
Presently, a high frequency switching technique is used for a converter design to reduce its size and weight. However an increased switching frequency introduces a high switching loss. To the reduce switching loss, soft switching techniques using ZVS and ZCS are applied. It is very important to improve efficiency. However In general to develop new converter circuits, the efficiency and other performance parameters can be determined after design, implementation and experiments. The idea in this paper is to determine and predict efficiency and other operating characteristics without realization and experiments. Thereby a complex design and implementation can be avoided. PSPICE is used as a simulation tool. This is verified by comparing simulation and experiments results of the two different soft switching converters.
This paper presents a comprehensive analysis of the spurious turn-on phenomena in phase-shifted full-bridge (PSFB) converters. The conventional analysis of the spurious turn-on phenomenon does not establish in the PSFB converter as realizing zero voltage switching (ZVS). Firstly, a circuit model is proposed taking into account the parasitic capacitors and inductors of the transistors, as well as the parasitic elements of the power circuit loop. Second, an exhaustive investigation into the impact of all these parasitic elements on the spurious turn-on is conducted. It has been found that the spurious turn-on phenomenon is mainly attributed to the parasitic inductors of the power circuit loop, while the parasitic inductors of the transistors have a weak impact on this phenomenon. In addition, the operation principle of the PSFB converter makes the leading and lagging legs have distinguished differences with respect to the spurious turn-on problems. Design guidelines are given based on the theoretical analysis. Finally, detailed simulation and experimental results obtained with a 1.5 kW PSFB converter are given to validate proposed analysis.
This paper deals with the stress of the converters using the resonant switches. It is represented the reduction of the voltage and current stresses. According to the configuration of the multiple poly-phase converter. Especially, about buck ZVS-QRC it is studied the reduction of the voltage stress, and represented the result of simulation.
The topology of active clamp forward converter provides ZVS characteristic and also the stress of voltage and current is smaller than that of the conventional forward converters. The benefits of this technique include a higher efficiency at a high switching frequency, lower EMI/RFI. In this paper, the active clamp forward converter is designed for operation in wide range voltage and has 19.5V/120W ratings with efficiency more than 90%.
LLC resonant converters display many advantages over the conventional LC series resonant converter such as narrow frequency variation over wide range of load and input variation and zero voltage switching even under no load conditions. This paper presents analysis and design consideration for the half bridge LLC resonant converter. Using the fundamental approximation, the gain equation is obtained, where the leakage inductance in the transformer secondary side is also considered. Based on the gain equation, the practical design procedure is investigated to optimize the resonant network for a given input/output specifications. The design procedure is verified through an experimental prototype of the 115W half-bridge LLC resonant converter.
This paper presents a new prototype of soft-switching DC-DC power converter with a high frequency transformer link which has two active power controlled switches in full bridge rectifier with capacitor input type smoothing filter. In this DC-DC converter, ZVS of the inverter in transformer primary side and ZCS of active rectifier area in secondary side can be completely achieved by taking advantage of parasitic inductor component of high-frequency transformer and loss less snubbing capacitors. Its operation principle and salient features are described. The steady-state operating characteristics of the proposed DC-DC power converter are illustrated and discussed on the basis of the simulation results in addition to the experimental ones obtained by 2kw-40kHz power converter breadboard set up.
Tran, Hai N.;Naradhipa, Adhistira M.;Kim, Sun-Ju;Choi, Se-Wan
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.23
no.4
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pp.273-280
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2018
This paper proposes a zero-voltage-transition pulse-width modulation (PWM) DC-DC converter that uses a new active-snubber-cell. The converter main switch can be turned on and off with ZVS, while the snubber switch is turned on with ZCS and turned off with ZVS. Other semiconductor devices are operated under the soft-switching condition. Normal PWM control can be used, the proposed active-snubber-cell does not impose any additional voltage and current stresses. The active-snubber-cell is suitable for high-power applications due to its easy integration into interleaved converters. This paper discusses the operation of the converter, presents some design guidelines, and provides the results of an experiment with a 100 kHz and 1 kW prototype. A peak efficiency of 97.8% is recorded.
This paper presents a zero voltage switching (ZVS) converter with three resonant tanks. The main advantages of the proposed converter are its ability to reduce the switching losses on the power semiconductors, decrease the current stress of the passive components at the primary side, and reduce the transformer secondary windings. Three resonant converters with the same power switches are adopted at the low voltage side to reduce the current rating on the transformer windings. Using a series-connection of the transformer secondary windings, the primary side currents of the three resonant circuits are balanced to share the load power. As a result, the size of both the transformer core and the bobbin are reduced. Based on the circuit characteristics of the resonant converter, the power switches are turned on at ZVS. The rectifier diodes can be turned off at zero current switching (ZCS) if the switching frequency is less than the series resonant frequency. Therefore, the reverse recovery losses on the rectifier diodes are overcome. Experiments with a 1.6kW prototype are presented to verify the effectiveness of the proposed converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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