A Wide Voltage-Gain Range Asymmetric H-Bridge Bidirectional DC-DC Converter with a Common Ground for Energy Storage Systems

Yun Zhang; Yongping Gao; Jing Li; Mark Sumner

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자료유형: 학술저널

저자정보: Yun Zhang (Tianjin University) Yongping Gao (Tianjin University) Jing Li (University of Nottingham Ningbo China) Mark Sumner (University of Nottingham)

저널정보: 전력전자학회 JOURNAL OF POWER ELECTRONICS JOURNAL OF POWER ELECTRONICS Vol.18 No.2

발행연도: 2018.3

수록면: 343 - 355 (13page)

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A wide-voltage-conversion range bidirectional DC-DC converter is proposed in this paper. The topology is comprised of one typical LC energy storage component and a special common grounded asymmetric H-bridge with four active power switches/anti-parallel diodes. The narrow output PWM voltage is generated from the voltage difference between two normal (wider) output PWM voltages from the asymmetric H-bridge with duty cycles close to 0.5. The equivalent switching frequency of the output PWM voltage is double the actual switching frequency, and a wide step-down/step-up ratio range is achieved. A 300W prototype has been constructed to validate the feasibility and effectiveness of the proposed bidirectional converter between the variable low voltage side (24V~48V) and the constant high voltage side (200V). The slave active power switches allow VS turn-on and turn-off without requiring any extra hardware. The maximum conversion efficiency is 94.7% in the step-down mode and 93.5% in the step-up mode. Therefore, the proposed bidirectional topology with a common ground is suitable for energy storage systems such as renewable power generation systems and electric vehicles with a hybrid energy source.

#Asymmetric H-bridge #Bidirectional DC-DC converter #Common ground #Energy storage systems #Wide voltage-gain range

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B. Singh and R. Kumar, “Solar photovoltaic array fed water pump driven by brushless DC motor using Landsman converter,” IET Renew. Power Gener., Vol. 10, No. 4, pp. 474-484, Apr. 2016. M. S. Mahmoud, M. S. U. Rahman, and F. M. A.L.-Sunni, “Review of microgrid architectures?a system of systems perspective,” IET Renew. Power Gener., Vol. 9, No. 8, pp.1064-1078, Nov. 2015. J. d. Santiago, H. Bernhoff, B. Ekergard, S. Eriksson, S. Ferhatovic, R. Waters, and M. Leijon, “Electrical motor drivelines in commercial all-electric vehicles: A review,” IEEE Trans. Veh. Technol., Vol. 61, No. 2, pp. 475-484, Feb. 2012. C. C. Chan, “The state of the art of electric and hybrid vehicles,” Proceedings of the IEEE, Vol. 90, No. 2, pp. 247-275, Feb. 2002. D. Wu, F. Tang, T. Dragicevic, J. C. Vasquez, and J. M. Guerrero, “A control architecture to coordinate renewable energy sources and energy storage systems in islanded microgrids,” IEEE Trans. Smart Grid, Vol. 6, No. 3, pp. 1156-1166, May 2015.

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