SiC-based phase-shift dual half bridge DC-DC converter as a key component of multilevel cascaded MV converters

• Autorzy: Adamowicz M. , Strankowski P. , Pietryka J. , Szewczyk J. , Guziński J.

Warianty tytułu

PL

Dwukierunkowa izolowana przetwornica półmostkowa DC-DC z przyrządami z węglika krzemu jako podstawowy moduł funkcjonalny wielopoziomowych kaskadowych przekształtników SN

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper describes SiC-based dual half bridge (DHB) DC-DC converter considered as a key component of high frequency isolated multilevel cascaded medium voltage converters. Two topologies of bi-directional DC-DC converters: the resonant half-bridge DC-DC converter and the phase-shift DHB converter are compared in the paper. Experimental results of SiC-based 50 kHz DHB DC-DC converter are presented in the paper.

PL

W artykule przedstawiono dwukierunkową izolowaną przetwornicę półmostkową DC-DC z izolacją realizowaną za pomocą transformatora wysokiej częstotliwości jako proponowany podstawowy moduł funkcjonalny kaskadowych przekształtników średniego napięcia. Porównano dwie topologie izolowanych przetwornic półmostkowych DC-DC: rezonansową oraz ze sterowaniem przesunięciem fazowym napięć strony pierwotnej i wtórnej transformatora. Przedstawiono analizę oraz wyniki eksperymentalne przetwornicy półmostkowej DC-DC z przyrządami SiC pracującej z częstotliwością 50kHz.

Słowa kluczowe

EN

DC-DC converter; silicon carbide; medium voltage converter; zero voltage switching

PL

przetwornica półmostkowa DC-DC; węglik krzemu; przekształtnik średnego napięcia; przełączanie przy zerowym napięciu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 90, nr 9
• Strony: 203--210
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Adamowicz M.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego, ul. Sobieskiego 7, 80-216 Gdańsk

autor

Strankowski P.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego, ul. Sobieskiego 7, 80-216 Gdańsk

autor

Pietryka J.

• MMB Drives Sp. z o. o, ul. Sobieskiego 7, 80-216 Gdańsk

autor

Szewczyk J.

• MMB Drives Sp. z o. o, ul. Sobieskiego 7, 80-216 Gdańsk

autor

Guziński J.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego, ul. Sobieskiego 7, 80-216 Gdańsk

Bibliografia

• [1] Schibli N., Symmetrical multilevel converters with two quadrant DC-DC feeding, PhD Thesis, EPFL Lausanne, 2000.
• [2] Innoue S., Akagi H., A bidirectional isolated DC–DC converteras a core circuit of the next-generation mediumvoltage power conversion system, IEEE Transaction on Power Electronics, Vol. 22, (2007), No 2, 535-542.
• [3] Jiang D., Xue J., Kao M.H., Fred Wang, High Density Modular Multilevel Cascade Converter for Medium- Voltage Motor Drive, IEEE Electric Ship Technologies Symposium ESTS, (2011), 482-485.
• [4] Dujic D., Chuanhong Zhao, Mester A., Steinke J.K., Weiss M., Lewdeni-Schmid S., Chaudhuri T., Stefanutti, P., Power electronic traction transformermedium voltage prototype, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 99, (2013), No 99, 1 - 11.
• [5] Dujic D., Steinke G.K., Bellini M., Rahimo M., Storasta L., Steinke J.K., Characterization of 6.5 kV IGBTs for high-power medium-frequency soft-switched applications, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 29, (2014), No 2, 906 - 919.
• [6] Ericsen T., Khersonsky Y., Schugart P., Steimer P., PEBB – power electronics building blocks, from concept to reality, Proc. 3rd IET Conference on Power Electronics, Machines and Drives, (2006), 12-16.
• [7] Adamowicz M., Strzelecki R., Krzeminski Z, Hybrid high-frequency-SiC and line-frequency-Si based PEBB for MV modular power converters, Proc. 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society IECON, (2012), 5197-5202.
• [8] Peng F.Z., Li H., Su G.J., Lawler J.S., A New ZVS Bidirectional DC–DC Converter for Fuel Cell and Battery Application, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 19 (2004), No 1, 54 – 65.
• [9] Fan H., Li H., High-frequency transformer isolated bidirectional DC–DC converter modules with high efficiency over wide load range for 20 kVA solid-state transformer, IEEE Transaction on Power Electronics, Vol. 26, (2011), No 12, 3599 – 3608.
• [10] Gangyao Wang, Huang A., Chushan Li, ZVS range extension of 10 A 15 kV SiC MOSFET based 20 kW dual active half bridge (DHB) DC-DC converter, Proc. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition ECCE, (2012), 1533-1539.
• [11] YanhuiXie, Jing Sun, Freudenberg, J.S., Power flow characterization of bidirectional galvanically isolated highpower DC/DC converter over a wide operating range, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 25, (2010), No 1, 54 – 66.
• [12] Hua Bai, Ziling Nie, Mi, C.C., Experimental comparison of traditional phase-shift, dual-phase-shift, and model-based control of isolated bidirectional DC–DC converters, IEEE Transaction on Power Electronics, Vol. 25, (2010), n. 6, 1444 – 1449.
• [13] Huber J., Kolar J.W., Optimum number of cascaded cells for high-power medium-voltage multilevel converters, Proceedings of the IEEE Energy Conversion Congress and Exposition ECCE, (2013), USA.
• [14] Adamowicz M., Pietryka J., Giziewski S., Rutkowski M., Krzemiński Z., Układy sterowania bramkowego tranzystorów z węglika krzemu SiC JFET w falownikach napięcia, Przegląd Elektrotechniczny, R. 88, Nr 4b, (2012), 1-6.
• [15] Ben Yaakov S., The benefits of planar magnetics in HF power conversion, Source: http://www.paytongroup.com
• [16] Metallized Polypropylene (PP) Capacitors, Source: http://www.wima.com/EN/mkp4.htm
• [17] Jin Li, Zheng Chen, Zhiyu Shen, Paolo Mattavelli, Jinjun Liu, Dushan Boroyevich, An adaptive dead-time control scheme for high-switching-frequency dual-active-bridge converter, Proc. Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2012, 1355 – 1361.
• [18] Jun Huang, Yue Wang, Yuan Gao, Wanjun Lei, Ning Li, Modified Unified PWM Control to Operate the Dual Active Bridge Converters Under ZVS In the Whole Load Range, IEEE Conference Congress ECCE 2013, 620 – 625.
• [19] Shenghui Cui, Dawei He, Mingxuan Li, Haifeng Lu, Thomas G. Habetler, Design of A Dual Half Bridge DC-DC Converter for An Ultra-capacitor based Auxiliary Power Source in Electric Vehicles, Proc. IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 2012, 1-7.
• [20] Stadler A., Gulden C., Improved thermal design of a high frequency power transformer, European Conf. on Power Electronics and Applications EPE 2011, s. 1–9.