A zero-voltage-transition (ZVT) pulse width modulated (PWM) converter is a PWM converter with a single main power switch that has an auxiliary circuit to help it turn on with zero-voltage switching (ZVS). There have been many ZVT-PWM converters proposed in the literature as they are the most popular type of ZVS-PWM converters. In this paper, the properties and characteristics of several types of ZVT-PWM converters are reviewed. A new type of ZVT-PWM converter is then introduced, and the operation of a sample converter of this type is explained and analyzed in detail. A procedure for the design of the converter is presented and demonstrated experimentally. The feasibility of the new converter is confirmed with results obtained from an experimental prototype. Conclusions on the performance of ZVT-PWM converters in general are made based on the efficiency results obtained from the experimental prototypes of various ZVT-PWM converters of different types.
최근에 유도 전동기의 고효율 구동을 위하여 ZVT(Zero Voltage Transition) 언버터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 또한 많은 토폴로지가 제안되었다. 하지만 기존의 ZVT 인버터는 보조공진 회로부분에 과도한 컴포년트의 추가사용으로 인하여 가격상승 및 제어회로가 복잡해지는 문제점이 있다. 이의 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 보조 공진 수위치 하나만을 사용하는 다이오드 브릿지-타입 ZVT 인버터를 제안하고, 이의 동작을 이론적으로 해석하였으며, ZVT용 보조공진회로의 설계 방법에 대하여 논하였다. 또한 제안된 ZVT 인버터가 최적의 조건으로 구동하기 위한 공진기간 가변제어에 대해 논의하고 이의 유용성을 시뮬레이션 및 실험을 통하여 입증하였다.
A nonisolated two-phase bidirectional dc-dc converter (NTPBDC) is a very attractive solution for the battery energy storage system (BESS) applications due to the high voltage conversion ratio and the reduced conduction loss of the switching devices. However, a hard-switching based NTPBDC decreases the overall voltage conversion efficiency. To overcome this problem, this paper proposes a novel NTPBDC with zero-voltage-transition (NTPBDC -ZVT). The soft-switching for the boost and buck main switches is achieved by using a resonant cell, which consists of a single resonant inductor and four auxiliary switches. Furthermore, due to the single resonant inductor, the proposed NTPBDC-ZVT has the advantages of simple implementation, reduced size, and low cost. The validity of the proposed NTPBDC-ZVT is verified through experimental results.
본 논문에서는 보조 스위치의 하드 스위칭 문제를 개선한 AC/DC PFC(Power-Factor-Correction) ZVT(Zero-Voltage-Transition) Boost 컨버터에 관하여 논하였다. 기존의 AC/DC PFC ZVT Boost 컨버터는 주 스위치 턴온 시 보조 스위치를 함께 동작시켜 경부하시에도 강제적으로 영전압 스위칭이 가능하게 함으로써 전 부하범위에서 주 스위치 손실을 저감하였다. 그러나 보조 스위치에서의 손실이 크며 주 스위치의 턴온시 역방향 전류가 증가하는 문제점을 지닌다. 따라서 본 연구에서는 기존의 ZVT 컨버터에 단지 하나의 다이오드를 추가함으로써 보조 스위치의 전류 스트레스 및 주 스위치의 턴온시 역방향 전류를 감소시키게 되어 효율 향상을 기할 수 있었다. 본 논문에서는 MOSFET를 사용하여 640[W]급 시작품을 제작, 100[kHz]에서 실험하였다.
In this study, a new zero-voltage transition (ZVT) buck converter with coupled inductor using a synchronous rectifier and a lossless clamp circuit is proposed. The regular buck converter with tapped inductor has extended duty cycle for high step-down applications. However, the leakage inductance of the coupled inductor produced considerable voltage spikes across the switch. A lossless clamp circuit is used in the proposed converter to overcome this problem. The freewheeling diode was replaced with a synchronous rectifier to reduce conduction losses in the proposed converter. ZVT conditions at turn-on and turn-off instants were provided for the main switch. The synchronous rectifier switch turned on under zero-voltage switching, and the auxiliary switch turn-on and turn-off were under zero-current condition. Experimental results of a 100 W-100 kHz prototype are provided to justify the validity of the theoretical analysis. Moreover, the conducted electromagnetic interference of the proposed converter is measured and compared with its hard-switching counterpart.
전력전자학회 1998년도 Proceedings ICPE 98 1998 International Conference on Power Electronics
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pp.694-700
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1998
A novel zero-voltage-transition (ZVT) isolated PWM boost converter for single stage power factor correction (PFC) is presented to improve the performance of the previously presented ZVT converter[8]. A simple auxiliary circuit which includes only one active switch provides zero-voltage-switching (ZVS) condition to all semiconductor devices. (Two active switches are required for the previous ZVT converter) This leads to reduced cost and simplified control circuit comparing to the previous ZVT converter. The ZVS is achieved for wide line and load ranges with minimum device voltage and current stresses. Operation principle, control strategy and features of the proposed converter are presented and verified by the experimental results from a 1.5 kW, 100 KHz laboratory prototype.
This paper introduces a new soft switched AC-DC boost converter with power factor correction (PFC). In the introduced converter, all devices are turned on and off under soft switching (SS). The main switch is turned on under zero voltage transition (ZVT) and turned off under zero current transition (ZCT). The main diode is turned on under zero voltage switching (ZVS) and turned off under zero current switching (ZCS). Meanwhile, there is not any current or voltage stress on the main devices. Besides, the auxiliary switch is turned on under ZCS and turned off under ZVS. The detailed theoretical analysis of the converter is presented, and also theoretical analysis is verified by a prototype with 100 kHz and 500 W. Also, the proposed converter has 99.8% power factor and 97.5% total efficiency at soft switching operation.
The two-phase interleaved bidirectional DC-DC converter (TIBDC) is a very attractive solution to problems related to battery energy storage systems. However, the hard-switching TIBDC increases the switching loss and electromagnetic interference noise when the switching frequency increases. Hence, a soft-switching technique is required to overcome these disadvantages. In this study, a novel TIBDC with zero-voltage transition (TIBDC-ZVT) is proposed. Soft switching in the boost and buck main switches is achieved through a resonant cell that consists of a single resonant inductor and four auxiliary switches. Given its single resonant inductor, the proposed TIBDC-ZVT has a reduced size and can easily be implemented. The validity of the proposed TIBDC-ZVT is verified through experimental results.
전력전자학회 1998년도 Proceedings ICPE 98 1998 International Conference on Power Electronics
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pp.50-55
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1998
This paper introduces the advantages of zero voltage transition(ZVT) boost converter for power factor correction and analyzes the control method of ZVT with IC UC3855. Practical design issues which include the components selection and design procedure are discussed. The experimental results are given.
최근에 전력계통의 안정 및 고품질화에 대한 요구가 증대되기 시작하였고, 이에 따라 향상된 전력변환기술과 대체에너지원을 이용한 계통연계형 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다 이러한 시스템에서의 인버터의 효율은 매우 중요하다. 따라서 본 논문에서는 이러한 계통연계형 시스템을 고효율화 하기 위한 방법으로 소프트-스위칭 기법이 적용 가능한 전류제어형 인버터를 제안하였다. 또한, 소프트-스위칭 기법을 적용할 수 있는 전류제어 알고리즘과 ZVT 동작원리를 이론적으로 해석하였고 이의 유용성을 시뮬레이션과 실험을 통하여 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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