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.
본 논문에서 제안한 전류형 LLC AC to DC 고주파 공진 컨버터는 스위치 양단에 병렬로 공진 커패시터(C1, C2)를 연결함으로써 ZVS(Zero Voltage Switching)동작 뿐만 아니라 2차측 Diode의 ZCS(Zero Current Switching) 동작이 가능하므로 스위칭 소자의 턴-온 및 2차측 다이오드의 턴-오프 손실을 저감시킬 수 있다. 본 논문에서 제안한 LLC AC to DC 고주파 공진 컨버터의 회로 해석은 무차원화 제어 파라메타를 도입하여 범용성 있게 기술하였다. 또한 제안한 LLC AC to DC 고주파 공진 컨버터의 운전 특성은 무파원화 제어 주파수(μ), 무차원화 저항(λ) 등의 무차원화 제어 파라메타를 이용하여 특성 평가를 수행하였다. 특성 평가를 통한 특성값을 기초한 LLC AC to DC 고주파 공진 컨버터 설계 기법의 일예를 제시하였으며, 실험 및 PSIM 시뮬레이션을 통해 이론 해석의 정당성을 입증하였다.
전력전자학회 1998년도 Proceedings ICPE 98 1998 International Conference on Power Electronics
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pp.1056-1061
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1998
In this paper, a novel zero current switching (ZCS) high frequency inverter for induction heating is proposed. The ZCS characteristics are investigated from both the numerical analysis and the experiment.
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.
본 논문에서는 출력 전압의 리플을 이용하여 지상 레그(lagging leg)의 스위치들의 영전류 스위칭(ZCS)을 수행하는 두 개의 트랜스포머를 가지는 위상천이 풀-브릿지 컨버터를 제안하다. 제안된 컨버터는 진상 레그(leading leg)의 스위치들은 영전압 스위칭(ZVS)을 수행하고, 지상 레그의 스위치들은 출력 전압-더블러(Voltage-Doubler)의 전압 리플차를 이용해 출력 다이오드의 전류 전환(commutation)이 빠르게 이루어지도록 하여서 중부하에는 영전류 스위칭을, 경부하에서는 영전압 스위칭을 가능하게 한다. 또한 출력측의 전압 리플차를 이용하기 때문의 기존의 1차측 부스트 캐패시터를 이용하는 컨버터에 비해 턴비를 이용하여 보다 빠른 전류 전환을 수행할 수 있는 장점을 가진다. 따라서 별도의 추가적인 소자없이 모든 스위치의 소프트스위칭이 가능하도록 하고, 지상 레그의 영전류 스위칭을 통해서 환류구간의 순환전류도 없애줌으로써 높은 효율을 얻을 수 있다. 모드 해석과 실험을 통하여 제안 컨버터의 성능을 검증한다.
This paper presents a Zero-Current Switching(ZCS) two-transformer phase-shift full-bridge(TTFB) converter using voltage ripple. The proposed converter provides Zero-Voltage Switching(2VS) of leading leg switches and ZCS of lagging leg switches using volt-age ripple. Especially, circulating current Is reduced by ZCS operation and there are no additional components required for the soft switching of power switches. Furthermore, in case of light load, ZVS operation of lagging leg can be achieved. The operations, analysis and design consideration of proposed converter are presented. To verify the validity of the proposed converter, experimental results for a flow (205V, 2A) prototype are presented.
This research presented the new zero-current switching pulse width modulation SEPP(Single Ended Push-Pull)high frequency inverter for solving the problem of the zero-current SEPP high frequency inverter circuit which is using widely in the practical application of an induction heating apparatus, the soft switching operation and power control are impossible when the lowest power supply in the zero-current switching pulse width modulation SEPP high frequency inverter. The inverter circuit which is attempted by on-off operation of a switch has the reduction effect of the power loss due to a soft switching and a high frequency switching. And it confirmed that the power regulation is possible continuously from 0.25[kW] until 2.84[kW] in the case the duty rate(D) changes from 0.08 to 0.3 under zero-current switching operating by a dissymmetry pulse width modulating control and the power conversion efficiency comes true the efficiency of 95[%]. Due to the result above, the ZCS PWM SEPP high frequency inverter will be effective as sources of an induction heating apparatus.
This research presented the new zero-current switching pulse width modulation SEPP(Single Ended Push-Full)high frequency inverter for solving the problem of the zero-current SEPP high frequency inverter circuit which is using widely in the practical application of an induction heating apparatus, the soft switching operation and power control are impossible when the lowest power supply in the zero-current switching pulse width modulation SEPP high frequency inverter. The inverter circuit which is attempted by on-off operation of a switch has the reduction effect of the power loss due to a soft switching and a high frequency switching. And it confirmed that the power regulation is possible continuously from 0.25[kW] until 2.84[kW] in the case the duty rate(D) changes from 0.08 to 0.3 under zero-current switching operating by a dissymmetry pulse width modulating control and the power conversion efficiency comes true the efficiency of 95[%]. Due to the result above, the ZCS PWM SEPP high frequency inverter will be effective as sources of an induction heating apparatus.
This paper proposes a soft-transition control strategy for a three phase ZCS(Zero Current Switching) inverter circuit. Each phase leg of inverter circuit consists of an LC resonant tank, two main switches, and one auxiliary switches. This paper presents design consideration via a study example of a three phase prototype inverter for motor drives. A simple device tester with zero current switching capability is proposed to select eligible auxiliary switches. The principle of operation, feature and design considerations are illustrated and verified through the experiment with a 2.2kW 5kHz IGBT based experimental circuit.
In this paper, a new passive lossless snubber circuit with energy transfer capability is proposed. The proposed lossless snubber circuit provides Zero-Current Switching (ZCS) condition for turn-on instants and Zero-Voltage Switching (ZVS) condition for turn-off instants. In addition, its diodes operate under soft switching condition. Therefore, no significant switching losses occur in the converter. Since the energy of the snubber circuit is transferred to the output, there are no significant conduction losses. The proposed snubber circuit can be applied on isolated and non-isolated converters. To verify the operation of the snubber circuit, a boost converter using the proposed snubber is implemented at 70W. Also, the measured conducted Efficiency Electromagnetic Interference (EMI) of the proposed boost converter and conventional ones are presented which show the effects of proposed snubber on EMI reduction. The experimental results confirm the presented theoretical analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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