최근 넓은 전압 범위에서 동작할 수 있는 고전력 양방향 DC-DC 컨버터가 전기 자동차, 무정전 전원 공급 장치(UPS), 에너지 저장 시스템(ESS)과 같은 많은 응용 분야에서 적용될 수 있는 매력적인 연구 주제가 되고 있다. 무엇보다도 최근에 전압형 ...
최근 넓은 전압 범위에서 동작할 수 있는 고전력 양방향 DC-DC 컨버터가 전기 자동차, 무정전 전원 공급 장치(UPS), 에너지 저장 시스템(ESS)과 같은 많은 응용 분야에서 적용될 수 있는 매력적인 연구 주제가 되고 있다. 무엇보다도 최근에 전압형 DAB(VF-DAB)와 전류형 DAB (CF-DAB) 컨버터의 장점들이 고려되고 있다. 본 논문에서는 다상 전류형 DAB (Multiphase CF-DAB) 컨버터를 일반화하고, 위상 수가 증가하는 효과에 대한 전반적인 비교 및 분석을 한다. 또한, 고전력과 넓은 전압 범위에 적용되는 애플리케이션을 위한 사상 전류형 푸시풀 DAB (Four phase CF-DAB) 컨버터를 제안한다. 일반적으로 4상 인터리빙 효과는 필터 인덕터와 클램프커패시터의 크기를 줄이며, 스위치의 전류 스트레스를 낮춘다는 장점이 있다. 이러한 장점 외에도 제안된 컨버터는 기존 2상 및 3상 컨버터에 비해 전압 범위가 넓다. 또한, 제안된 컨버터에 작은 인더터를 추가하여 양방향 동작시에 0.25 ~ 0.75의 넓은 듀티 사이클 범위에서 모든 스위치의 완전한 ZVS 턴온을 성취한다. 그리고 4상 변압기 구조에서의 밸런싱 효과로 1차 권선 전류의 DC 성분으로 인한 DC 자속 오프셋을 상쇄할 뿐만 아니라 분리된 코어 변압기에 비해 코어의 부피, 풋 프린트 및 높이를 줄일 수 있다. 위의 내용을 검증하기 위해 15kW 프로토타입의 실험 결과를 보여준다. 컨버터는 최대 98%의 효율을 달성했으며 넓은 전압 범위에서 작동할 때 높은 효율을 유지했다.
최근 넓은 전압 범위에서 동작할 수 있는 고전력 양방향 DC-DC 컨버터가 전기 자동차, 무정전 전원 공급 장치(UPS), 에너지 저장 시스템(ESS)과 같은 많은 응용 분야에서 적용될 수 있는 매력적인 연구 주제가 되고 있다. 무엇보다도 최근에 전압형 DAB(VF-DAB)와 전류형 DAB (CF-DAB) 컨버터의 장점들이 고려되고 있다. 본 논문에서는 다상 전류형 DAB (Multiphase CF-DAB) 컨버터를 일반화하고, 위상 수가 증가하는 효과에 대한 전반적인 비교 및 분석을 한다. 또한, 고전력과 넓은 전압 범위에 적용되는 애플리케이션을 위한 사상 전류형 푸시풀 DAB (Four phase CF-DAB) 컨버터를 제안한다. 일반적으로 4상 인터리빙 효과는 필터 인덕터와 클램프 커패시터의 크기를 줄이며, 스위치의 전류 스트레스를 낮춘다는 장점이 있다. 이러한 장점 외에도 제안된 컨버터는 기존 2상 및 3상 컨버터에 비해 전압 범위가 넓다. 또한, 제안된 컨버터에 작은 인더터를 추가하여 양방향 동작시에 0.25 ~ 0.75의 넓은 듀티 사이클 범위에서 모든 스위치의 완전한 ZVS 턴온을 성취한다. 그리고 4상 변압기 구조에서의 밸런싱 효과로 1차 권선 전류의 DC 성분으로 인한 DC 자속 오프셋을 상쇄할 뿐만 아니라 분리된 코어 변압기에 비해 코어의 부피, 풋 프린트 및 높이를 줄일 수 있다. 위의 내용을 검증하기 위해 15kW 프로토타입의 실험 결과를 보여준다. 컨버터는 최대 98%의 효율을 달성했으며 넓은 전압 범위에서 작동할 때 높은 효율을 유지했다.
Recently, high-power bidirectional DC-DC converters capable of operating at a wide voltage range becomes attractive research topics that can be used in many applications, such as electric vehicles, uninterruptible power supplies, and energy storage systems (ESS). Among others, the current-fed dual a...
Recently, high-power bidirectional DC-DC converters capable of operating at a wide voltage range becomes attractive research topics that can be used in many applications, such as electric vehicles, uninterruptible power supplies, and energy storage systems (ESS). Among others, the current-fed dual active bridge with the active clamp control (CF DAB) converters have recently been considered given their advantages over voltage-fed converters. In this thesis, the multi-phase current-fed dual active bridge converter is generalized with the comprehensive comparison and analysis on the effect of the increasing number of phases. A four-phase current-fed push-pull dual active bridge converter is proposed for applications requiring high power and a wide voltage range. In addition to the conventional advantages of a small filter inductor, a small clamp capacitor, and low current stress in the primary switches due to the effect of four-phase interleaving, the proposed converter has a low total RMS current of switches when operating at a wide voltage range compared to existing two- and three-phase converters. Also, the proposed converter was shown to be capable of the complete ZVS turn-on of all switches under a wide duty cycle range of 0.25 to 0.75 in both power flow directions when small auxiliary inductors were added. A balanced four-phase transformer structure is proposed not only to cancel the DC flux offset caused by the DC component of the primary winding current but also to reduce the core volume, footprint, and height of the transformer compared to the separated-core transformer. Experimental results from a 15-kW prototype are provided to validate the proposed concepts. The converter achieved a peak efficiency of 98% and maintained high efficiency when operated at a wide voltage range.
Recently, high-power bidirectional DC-DC converters capable of operating at a wide voltage range becomes attractive research topics that can be used in many applications, such as electric vehicles, uninterruptible power supplies, and energy storage systems (ESS). Among others, the current-fed dual active bridge with the active clamp control (CF DAB) converters have recently been considered given their advantages over voltage-fed converters. In this thesis, the multi-phase current-fed dual active bridge converter is generalized with the comprehensive comparison and analysis on the effect of the increasing number of phases. A four-phase current-fed push-pull dual active bridge converter is proposed for applications requiring high power and a wide voltage range. In addition to the conventional advantages of a small filter inductor, a small clamp capacitor, and low current stress in the primary switches due to the effect of four-phase interleaving, the proposed converter has a low total RMS current of switches when operating at a wide voltage range compared to existing two- and three-phase converters. Also, the proposed converter was shown to be capable of the complete ZVS turn-on of all switches under a wide duty cycle range of 0.25 to 0.75 in both power flow directions when small auxiliary inductors were added. A balanced four-phase transformer structure is proposed not only to cancel the DC flux offset caused by the DC component of the primary winding current but also to reduce the core volume, footprint, and height of the transformer compared to the separated-core transformer. Experimental results from a 15-kW prototype are provided to validate the proposed concepts. The converter achieved a peak efficiency of 98% and maintained high efficiency when operated at a wide voltage range.
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