In this study, a new dual-active soft-switching converter is proposed to improve conversion efficiency and extend the load range for an MTEM electromagnetic transmitter in geological exploration. Unlike a conventional DC/DC converter, the proposed converter can operate in passive soft-switching, single-active soft-switching, or dual-active soft-switching modes depending on the change in load power. The main switches and lagging auxiliary switches of the converter can attain soft-switching over the entire load range. The conduction and switching losses are greatly reduced compared with those of ordinary converters under the action of the cut-off diodes and auxiliary windings coupled to the main transformer in the auxiliary circuits. The conversion efficiency of the proposed converter is significantly improved, especially under light-load conditions. First, the working principle of the proposed converter is analyzed in detail. Second, the relationship between the different operating modes and the load power is given and the design principle of the auxiliary circuit is presented. Finally, the Saber simulation and experimental results verify the feasibility and validity of the converter and a 50 kW prototype is implemented.
A new primary-side-assisted zero-voltage and zero-current switching (ZVZCS) three-level DC-DC converter with flying capacitor is proposed. The three-level converters are promising in high voltage applications, and ZVZCS is a very effective means for reducing switching losses. The proposed DC-DC converter uses only one auxiliary transformer and two diodes to obtain ZCS for the inner leg. It has a simple and robust structure, and offers soft-switching capability even in short-switching conditions. The proposed converter was verified by experiments in a 6KW prototype designed for communication applications and operating at 100kHz.
This paper presents a new resonant converter to achieve the soft switching of power devices. Two full-bridge converters are connected in series to clamp the voltage stress of power switches at Vin/2. Thus, power MOSFETs with a 500V voltage rating can be used for 800V input voltage applications. Two flying capacitors are connected on the AC side of the two full-bridge converters to automatically balance the two split input capacitor voltages in every switching cycle. Two resonant tanks are used in the proposed converter to share the load current and to reduce the current stress of the passive and active components. If the switching frequency is less than the series resonant frequency of the resonant tanks, the power MOSFETs can be turned on under zero voltage switching, and the rectifier diodes can be turned off under zero current switching. The switching losses on the power MOSFETs are reduced and the reverse recovery loss is improved. Experiments with a 1.5kW prototype are provided to demonstrate the performance of the proposed converter.
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.
This paper presents analysis, modeling, and design of a low-harmonic, isolated, active-clamped SEPIC for future avionics applications. Simpler converter dynamics, high switching frequency, zero voltage-Transition-PWM switching, and a single-layer transformer construction result. This paper describes complete design of a digital controller for a high-frequency switching power supply. Guidelines for the minimum required resolution of the analog-to-digital converter, the pulse-width modulator, and the fixed-point computational unit is derived. A design example based on a SEPIC converter operating at the high switching frequency is presented. The controller design is based on direct digital design approach and standard root-locus techniques.
This study introduces a novel Soft Switching (SS) Pulse Width Modulated (PWM) AC-DC boost converter. In the proposed converter, the main switch is turned on with Zero Voltage Transition (ZVT) and turned off with Zero Current Transition (ZCT). The main diode is turned on with Zero Voltage Switching (ZVS) and turned off with Zero Current Switching (ZCS). The auxiliary switch is turned on and off with ZCS. All auxiliary semiconductor devices are turned on and off with SS. There is no extra current or voltage stress on the main semiconductor devices. The majority of switching energies are transferred to the output by auxiliary transformer. Thus, the current stress of auxiliary switch is significantly reduced. Besides, the proposed converter has simple structure and ease of control due to common ground. The theoretical analysis of the proposed converter is verified by a prototype with 100 kHz switching frequency and 500 W output power. Furthermore, the efficiency of the proposed converter is 98.9% at nominal output power.
This paper presents a soft switching DC/DC converter for high voltage application. The interleaved pulse-width modulation (PWM) scheme is used to reduce the ripple current at the output capacitor and the size of output inductors. Two converter cells are connected in series at the high voltage side to reduce the voltage stresses of the active switches. Thus, the voltage stress of each switch is clamped at one half of the input voltage. On the other hand, the output sides of two converter cells are connected in parallel to achieve the load current sharing and reduce the current stress of output inductors. In each converter cell, a half-bridge converter with the asymmetrical PWM scheme is adopted to control power switches and to regulate the output voltage at a desired voltage level. Based on the resonant behavior by the output capacitance of power switches and the transformer leakage inductance, active switches can be turned on at zero voltage switching (ZVS) during the transition interval. Thus, the switching losses of power MOSFETs are reduced. The current doubler rectifier is used at the secondary side to partially cancel ripple current. Therefore, the root-mean-square (rms) current at output capacitor is reduced. The proposed converter can be applied for high input voltage applications such as a three-phase 380V utility system. Finally, experiments based on a laboratory prototype with 960W (24V/40A) rated power are provided to demonstrate the performance of proposed converter.
This paper presents a novel type soft switching PWM power frequency AC-AC converter using bidirectional active switches or single phase utility frequency AC-high frequency AC matrix converter. This converter can directly convert utility frequency AC (UFAC, 50Hz/60Hz) power to high frequency AC (HFAC) power ranging more than 20kHz up to 100kHz. A novel soft switching PWM prototype of high frequency multi-resonant PWM controlled UFAC-HFAC matrix converter using antiparallel one-chip reverse blocking IGBTs manufactured by IXYS corp. is based on the soft switching resonance with asymmetrical duty cycle PWM strategy. This single phase UFAC-HFAC matrix converter has some remarkable features as electrolytic capacitor DC busline linkless topology, unity power factor correction and sine-wave line current shaping, simple configuration with minimum circuit components, high efficiency and downsizing. This series load resonant UFAC-HFAC matrix converter, incorporating bidirectional active power switches is developed and implemented for high efficiency consumer induction heated food cooking appliances in home uses and business-uses. Its operating performances as soft switching operating ranges and high frequency effective power regulation characteristics are illustrated and discussed on the basis of simulation and experimental results.
This study proposes a novel zero voltage transition (ZVT) pulse width modulation (PWM) DC-DC interleaved boost converter with an active snubber cell. All the semiconductor devices in the converter turn on and off with soft switching to reduce the switching power losses and improve the overall efficiency. Through the interleaved approach, the current stresses of the main devices and the ripple of the output voltage and input current are reduced. The main switches turn on with ZVT and turn off with zero voltage switching (ZVS). The auxiliary switch turns on with zero current switching (ZCS) and turns off with ZVS. In addition, the snubber cell does not create additional current or voltage stress on the main switches and main diodes. The proposed converter can smoothly achieve soft switching characteristics even under light load conditions. The theoretical analysis and operating stages of the proposed converter are made for the D > 50% and D < 50% modes. Finally, a prototype of the proposed converter is implemented, and the experimental results are given in detail for 500 W and 50 kHz. The overall efficiency of the proposed converter reached 95.5% at nominal output power.
A new high efficiency and low profile on-board DC/DC converter for digital car audio amplifiers is proposed. The proposed converter shows low conduction loss due to the low voltage stress of the secondary diodes, a lack of DC magnetizing current for the transformer, and a lack of stored energy in the transformer. Moreover, since the primary MOSFETs are turned-on under zero-voltage-switching (ZVS) conditions and the secondary diodes are turned-off under zero-current-switching (ZCS) conditions, the proposed converter has minimized switching losses. In addition, the input filter can be minimized due to a continuous input current, and an output inductor is absent in the proposed converter. Therefore, the proposed converter has the desired features, high efficiency and low profile, for a viable power supply for digital car audio amplifiers. A 60W industrial sample of the proposed converter has been implemented for digital car audio amplifiers with a measured efficiency of $88.3\%$ at nominal input voltage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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