The high-switching-frequency operation of power converters can achieve high power density through size reduction of passive components, such as capacitors, inductors, and transformers. However, a small-output capacitor that has small capacitance and low effective series resistance changes the small-signal model of the converter power stage. Such a capacitor can make the converter unstable by increasing the crossover frequency in the transfer function of the small-signal model. In this paper, the design and implementation of a high-frequency LLC resonant converter are presented to verify the power density enhancement achieved by decreasing the size of passive components. The effect of small output capacitance is analyzed for stability by using a proper small-signal model of the LLC resonant converter. Finally, proper design methods of a feedback compensator are proposed to obtain a sufficient phase margin in the Bode plot of the loop gain of the converter for stable operation at 500 kHz switching frequency. A theoretical approach using MATLAB, a simulation approach using PSIM, and experimental results are presented to show the validity of the proposed analysis and design methods with 100 and 500 kHz prototype converters.
This paper presents a new hybrid soft switching dc-dc converter with a low circulating current and high circuit efficiency. The proposed hybrid converter includes two sub-converters sharing two power switches. One is a three-level PWM converter and the other is a LLC converter. The LLC converter and the three-level converter share the lagging-leg switches and extend the zero-voltage switching (ZVS) range of the lagging-leg switches from nearly zero to full load since the LLC converter can be operated at fsw (switching frequency) $\approx$ fr (series resonant frequency). A passive snubber is used on the secondary side of the three-level converter to decrease the circulating current on the primary side, especially at high input voltage and full load conditions. Thus, the conduction losses due to the circulating current are reduced. The output sides of the two converters are connected in series. Energy can be transferred from the input voltage to the output load within the whole switching period. Finally, the effectiveness of the proposed converter is verified by experiments with a 1.44kW prototype circuit.
This paper proposes a new soft switching single stage AC/DC full bridge converter with unit power factor and isolated output. This circuit shows that it is possible to combine the boost converter which is for PFC(Power Factor Correction) and full bridge converter which is for DC/DC converter. A simple auxiliary circuit which includes neither lossy components nor active switches eliminates ringing of secondary side of the transformer. The characteristics of the proposed circuit are investigated and the validity is verified by the simulation results.
This paper is study on a high efficiency DC-DC converter of discontinuous conduction mode (DCM) added electric isolation. The converters of high efficiency are generally made that the power losses of the used semiconductor switching devices is minimized. To achieve high efficiency system, the proposed converter is constructed by using a quasi resonant circuit. The control switches using in the converter are operated with soft switching by quasi resonant method. The control switches are operated without increasing their voltage and current stresses by the soft switching technology. The result is that the switching loss is very low and the efficiency of the system is high. The proposed converter is also added electric isolation which is used a pulse transformer. When the power conversion system is required electric isolation, the proposed converter is adopted with the converter system development of high efficiency. The soft switching operation and the system efficiency of the proposed converter are verified by digital simulation and experimental results.
In this paper, a full bridge edge-resonant zero voltage mode based soft-switching PWM DC-DC power converter with a high frequency center tapped transformer link stage is presented from a practical point of view. The power MOSFETS operating as synchronous rectifier devices are implemented in the rectifier center tapped stage to reduce conduction power losses and also to extend the transformer primary side power MOSFETS ZVS commutation area from the rated to zero-load without a requirement of a magnetizing current. The steady-state operation of this phase-shift PWM controlled power converter is described in comparison with a conventional ZVS phase-shift PWM DC-DC converter using the diodes rectifier. Moreover, the experimental results of the switching power losses analysis are evaluated and discussed in this paper. The practical effectiveness of the ZVS phase-shift PWM DC-DC power converter treated here is actually proved by using 2.5kW-32kHz breadboard circuit. An actual efficiency of this converter is estimated in experiment and is achieved as 97$\%$ at maximum.
Kim, Choon-Taek;Kim, Seong-Ju;La, Jae-Du;Kim, Young-Seok
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.8
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pp.1101-1107
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2013
A light emitting diodes(LED) lighting has been increasingly used due to its low power consumption, long life time, high efficiency, and environment friendly characteristics. Also various power converters has been applied to drive these LED lighting. Among many power converters, a LLC resonant converter could be applied for LED lighting because of its high efficiency and high power density. Furthermore, the function of power factor correction(PFC) might be added. In this paper, 1-stage asymmetrical LLC resonant converter is proposed. The proposed converter performs both input-current harmonics reduction and PFC using the discontinuous conduction mode(DCM). The proposed 1-stage LLC resonant converter approach has the lower voltage stress across switching devices and achieve the zero voltage switching(ZVS) in switching devices. To verify the performance of the proposed converter, simulation and experimental results from a 300[W] prototype are provided.
In this paper, an improved soft switching forward dc/dc converter is proposed. The proposed converter is constructed by using non-dissipate snubbers in parallel with the main switch and output diode of the conventional forward converter. Due to use of the non-dissipative snubbers, the proposed converter achieves zero-voltage switching for all switching devices and output diodes without switching losses. The complete operating principles and experimental results will be presented.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.4
no.4
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pp.377-383
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1999
A new soft switching single stage AC-DC full bridge boost converter with unit input power factor and isolated output i is presented in this paper. Due to the use of a non-dissipative snubber on the primary side, a single stage high-power f factor isolated full bridge boost converter has a significant reduction of switching losses in the main switching devices. The non-dissipative snubber adopted in this study consists of a snubber capacitor Cr, a snubber inductor Cr, a fast r recovery snubber diode Dr' and a commutation diode Dp. This paper presents the complete operating principles, t theoretical analysis and experimental results.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.4
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pp.359-366
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2013
This paper proposes a zero-current-transition(ZCT) synchronous buck converter using auxiliary circuit with soft-switching for light weight and high efficiency. In this scheme, an auxiliary circuit is added to the conventional synchronous rectifier buck converter and used to achieve soft-switching condition for both the main switch and synchronous switch. In addition, the switch in the auxiliary circuit operates under soft-switching conditions. Thus, the proposed converter provides a higher efficiency. The basic operations, in this paper, are discussed and design guidelines are presented. The usefulness of the proposed converter is verified on a 200KHz, 20 W prototype converter.
Kim, Jun-Ho;Jung, Doo-Yong;Park, Sang-Hoon;Won, Chung-Yuen;Jung, Yong-Chae;Lee, Su-Won
Journal of Power Electronics
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v.9
no.6
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pp.929-939
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2009
This paper presents a new soft-switching boost converter based on the LC resonance and passive clamping technique without additional active switches. The circuit achieves high efficiency and low voltage stress by adopting a soft switching method using LC resonance. This paper gives a mathematical analysis of each mode and a detailed design procedure of the proposed boost converter. First of all, the operational principles are verified through simulation results. Then, according to the design procedure, we designed and built a 1.5[kW] prototype soft switching boost converter. Through the experimental results, we demonstrated the validity and usefulness of the proposed boost converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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