This paper presents a high efficiency resonant flyback converter using a single-chip microcontroller. The proposed converter primary performs the resonant switching by applying the asymmetrical pulse-width modulation (APWM) to the half-bridge power topology. And the converter secondary uses the diode flyback rectifier as its power topology and operates with the zero current switching (ZCS). Thus the proposed converter achieves high efficiency. The total structure of proposed converter is very simple because it uses a single-chip microcontroller and bootstrap circuit for its control and drive, respectively. First, this paper describes the converter operation according to each operation mode and shows its steady-state analysis. And the software control algorithm and drive circuits operating the proposed converter are explained. Then, the operation characteristics of proposed converter are shown through the experimental results of an implemented prototype based on each explanation.
Recently, regulation for THD(Total Harmonic Distortion) such as IEC 61000-3-2, IEEE 519 is being reinforced about a product which directly connects to AC line in order to prevent distortion of common power source in electronic equipment and electrical machinery. In order to satisfy these regulations, conventional circuits were used two-stage structure attached power factor correction circuit at ahead of converter but this method complicate the circuit and then a number of element increases thereupon the cost of production rises. In this paper, we propose a high efficiency single-stage 300W PFC flyback converter, that improved power factor and efficiency than conventional two-stage power module.
This paper describes analysis and calculation of line frequency ripple current according to output capacitor value and effects of LED connection in the single stage flyback converter with high power factor. The low frequency output ripple current delivered from single stage converter has been analyzed in detail and the method evaluating parasitic resistance included in LED has been provided. In order to verify the equation derived in this paper, the single stage flyback converter has been designed with constant output current regulation with DCM operation. Experiments were conducted with different LED load structures to analyze the effect of LED parasitic resistance on output ripple current. As test results, the calculation can provide guide line to select capacitor values depending on output ripple current and LED characteristics.
For the purpose of designing an intrinsic safety Flyback converter with minimal output voltage ripple based on a specified output current, this paper first classified the energy transmission modes of the system into three sorts, namely, the Complete Inductor Supply Mode-CCM (CISM-CCM), the Incomplete Inductor Supply Mode-CCM (IISM-CCM) and the Incomplete Inductor Supply Mode-DCM (IISM-DCM). Then, the critical secondary self-inductance assorting the three modes are deduced and expressions of the output voltage ripples (OVR) are presented. For a Flyback converter with constant loads and switching frequency, it is shown that the output voltage ripple in the CISM-CCM is the smallest and that it has no relationship with the secondary self-inductance. Otherwise, the OVR of the other two modes are bigger than the previously mentioned one. It is concluded that the critical inductance between the CISM-CCM and the IISM-CCM is the minimal secondary self-inductance to ensure the smallest output voltage ripple. At last, a design method to guarantee the minimum OVR within the scales of the input voltage and load are analyzed, and the minimum secondary self-inductance is proposed to minimize the OVR. Simulations and experiments are given to verify the results.
핸드폰, 노트북 빛 태블릿 PC와 같이 휴대할 수 있는 전자기기의 사용량이 높아질수록 대용량의 배터리를 필요로 하게 된다. 배터리 사양이 높아질수록 대용량의 배터리를 빠르게 충전시키는 어댑터 (Adapter)는 필수 요구 사항이 되었다. 고속 충전을 하기 위해선 높은 전류 공급 능력이 필요하며, 휴대성을 높이기 위해서 사이즈를 최소화하여 설계되어야 한다. 고효율 및 고밀도를 요구하는 시장에 걸맞게, 어댑터 시장 역시 Topology부터 사용 소자까지 많은 발전 중에 있다. 어댑터에 사용되는 대표적인 Topology는 절연에 용이하며 회로구조가 간단한 저비용, 고효율 Flyback Converter 회로가 기본적으로 사용된다. 하지만, 이 구조는 스위칭 주기마다 스위치 양단 전압 및 전류의 중첩에 의한 스위칭 손실이 불가피 하다는 단점이 존재한다. 그 단점을 보완하기 위해 RCD 스너버로 클램핑을 시켜줌과 동시에 변압기의 자화 인덕턴스와 스위치의 기생 커패시터의 공진 현상을 이용하여 스위치 양단 전압 VDS가 최소화되는 지점에서 다음 스위칭 동작을 수행하는 QR(Quasi-Resonant) Flyback Converter를 사용한 어댑터가 시장에서 주로 보였다. 하지만 QR Flyback Converter 역시 기존 방식보다 유리하지만 이 또한 스위칭 주파수 증가에 따른 한계가 존재한다. 따라서 현재는 영전압 스위칭 (Zero Voltage Switching, ZVS)이 가능한 ACF(Active Clamp Flyback) Converter 회로의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이때 스위칭 특성이 우수한 GaN-FET를 적용한 어댑터가 시장에 출시되고 있다. 특히, 이 시장에서는 GaN 소자를 적용한 어댑터를 차세대 전력 반도체 적용이라는 마케팅에도 이용되는 것을 확인할 수 있다.
Kim, Seong-Hye;Kim, Han-Tae;Park, Jin-Soo;Kang, Feel-Soon
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.2
no.2
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pp.190-196
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2013
It presents a unification of buck-boost and flyback converter for driving a cascaded H-bridge multilevel inverter with a single independent DC voltage source. Cascaded H-bridge multilevel inverter is useful to make many output voltage levels for sinusoidal waveform by combining two or more H-bridge modules. However, each H-bridge module needs an independent DC voltage source to generate multi levels in an output voltage. This topological characteristic brings a demerit of increasing the number of independent DC voltage sources when it needs to increase the number of output voltage levels. To solve this problem, we propose a converter combining a buck-boost converter with a flyback converter. The proposed converter provides independent DC voltage sources at back-end two H-bridge modules. After analyzing theoretical operation of the circuit topology, the validity of the proposed approach is verified by computer-aided simulations using PSIM and experiments.
In this paper, a buck-flyback (fly-buck) stand-alone photovoltaic (PV) system for charge balancing with a differential power processor (DPP) circuit is proposed. Conventional feed-back DPP converters draw differential feed-back power from the output of a string converter. Therefore, the power is always through the switches and diodes of the string converter. Because of the returning conduction path, there are always power losses due to the resistance of the switch and the forward voltage of the diode. Meanwhile, the proposed feed-back DPP converter draws power from the magnetically-coupled inductor in a string converter. This shortens the power path of the DPP converter, which reduces the power losses. In addition, the extra winding in the magnetically-coupled inductor works as a charge balancer for battery-stacked stand-alone PV systems. The proposed system, which uses a single magnetically-coupled inductor, can control each of the PV modules independently to track the maximum power point. Thus, it can overcome the power loss due to the power path. It can also achieve charge balancing for each of the battery modules. The proposed topology is analyzed and verified using 120W hardware experiments.
Ahmed Tarek;Chandhaket Srawouth;Nakaoka Mutsuo;Jung Song Hwa;Lee Hyun-Woo
Journal of Power Electronics
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v.4
no.4
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pp.237-245
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2004
In this paper, a two-switch high frequency flyback transformer linked zero voltage soft switching PWM DC-DC power converter implemented for distributed DC- feeding power conditioning supplies is proposed and discussed. This switch mode power converter circuit is mainly based on two main active power semiconductor switches and a main flyback high frequency transformer linked DC-DC converter in which, two passive lossless quasi-resonant snubbers with pulse current regeneration loops for energy recovery to the DC supply voltages composed of a three winding auxiliary high frequency pulse transformer, auxiliary capacitors and auxiliary diodes for inductive energy recovery discharge blocking due to snubber capacitors are introduced to achieve zero voltage soft switching from light to full load conditions. It is clarified that the passive resonant snubber-assisted soft switching PWM DC-DC power converter has some advantages such as simple circuit configuration, low cost, simple control scheme, high efficiency and lowered noises due to the soft switching commutation. Its operating principle is also described using each mode equivalent circuit. To determine the optimum resonant snubber circuit parameters, some practical design considerations are discussed and evaluated in this paper. Moreover, through experimentation the practical effectiveness of the proposed soft switching PWM DC-DC power converter using IGBTs is evaluated and compared with a hard switching PWM DC-DC power converter.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.6
no.7
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pp.1079-1083
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2002
We made ESD tester to measure ESD threshold voltage of semiconductor devices. The HBM ESD test is the most popular method to measure the ESD threshold voltage of MMSIC. We use flyback method which is one of the DC-DC converter to get high ESD voltage. With flvback method, we can isolate the 1ow voltage part from the high voltage part of HBM ESD tester. We use an air gap of the relay which is used for switch to satisfy the rise time of ESD standard(MIL-STD). As a result, with the flyback method and the air gap of relay, we can make ESD tester whose parasitic components are minimized.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.19
no.1
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pp.91-97
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2014
Recently, the LED(Light Emitting Diode) is expected to replace conventional lamps including incandescent, halogen and fluorescent lamps for some general illumination application, due to some obvious features such as high luminous efficiency, safety, long life, environment-friendly characteristics and so on. To drive the LED, a single stage PFC(Power Factor Correction) flyback converter has been adopted to satisfy the isolation, PFC and low cost. The conventional flyback LED driver has the serious disadvantage of high 120Hz output current ripple caused by the PFC operation. To overcome this drawback, a new PFC flyback with low 120Hz output current ripple is proposed in this paper. It is composed of 2 power stages, the DCM(Discontinuous Conduction Mode) flyback converter for PFC and BCM(Boundary Conduction Mode) boost converter for tightly regulated LED current. Since the link capacitor is located in the secondary side, its voltage stress is small. Moreover, since the driver is composed of 2 power stages, small output filter and link capacitor can be used. Especially, since the flyback is operated at DCM, the PFC can be automatically obtained and thus, an additional PFC IC is not necessary. Therefore, only one control IC for BCM boost converter is required. To confirm the validity of the proposed converter, theoretical analysis and experimental results from a prototype of 24W LED driver are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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