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A Bidirectional Isolated DC–DC Converter as a Core Circuit of the Next-Generation Medium-Voltage Power Conversion System / Shigenori Inoue in IEEE transactions on power electronics, Vol. 22 N°2 (Mars 2007) 

Public ISBD [article]  in IEEE transactions on power electronics > Vol. 22 N°2 (Mars 2007) . - 535-542 p. Titre : A Bidirectional Isolated DC–DC Converter as a Core Circuit of the Next-Generation Medium-Voltage Power Conversion System Titre original : Un convertisseur d'isolement bidirectionnel de DC-DC comme circuit de noyau du système de conversion de la deuxième génération de puissance de Milieu-Tension Type de document : texte imprimé Auteurs : Shigenori Inoue, Auteur ; Akagi, Hirofumi, Auteur Article en page(s) : 535-542 p. Note générale : Electronique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Bidirectionnel  isolated  dc-dc  converter  Medium  voltage  power  conversion  systems  Power  density  Wide-bande-gap  semiconductors  Convertisseur  dc-dc  d'isolement  par  Bidirectionnel  Systèmes  de  conversion  moyens  de  puissance  de  tension  Densité  de  puissance  Semi-conducteurs  de  Large-bande-espace Index. décimale : 621.31 Production,approvisionnement et contrôle de l'électricité.Machines et appareils électriques.Mesure électrique.Magnétisme et électrostatique appliquées Résumé : This paper describes a bidirectional isolated dc-dc converter considered as a core circuit of 3.3-kV/6.6-kV high-power-density power conversion systems in the next generation. The dc-dc converter is intended to use power switching devices based on silicon carbide (SiC) and/or gallium nitride, which will be available on the market in the near future. A 350-V, 10-kW and 20 kHz dc-dc converter is designed, constructed and tested. It consists of two single-phase full-bridge converters with the latest trench-gate insulated gate bipolar transistors and a 20-kHz transformer with a nano-crystalline soft-magnetic material core and litz wires. The transformer plays an essential role in achieving galvanic isolation between the two full-bridge converters. The overall efficiency from the dc-input to dc-output terminals is accurately measured to be as high as 97%, excluding gate drive and control circuit losses from the whole loss. Moreover, loss analysis is carried out to estimate effectiveness in using SiC-based power switching devices. Loss analysis clarifies that the use of SiC-based power devices may bring a significant reduction in conducting and switching losses to the dc-dc converter. As a result, the overall efficiency may reach 99% or higher. Cet article décrit un convertisseur C.C-C.C d'isolement bidirectionnel considéré comme circuit de noyau des systèmes de conversion de puissance de la haut-puissance-densité 3.3-kV/6.6-kV dans la prochaine génération. Le convertisseur C.C-C.C est prévu pour utiliser des dispositifs de commutation de puissance basés sur le carbure de silicium (SiC) et/ou la nitrure de gallium, qui seront disponibles sur le marché dans un avenir proche. Un 350-V, un 10-kW et un convertisseur de C.C-C.C de 20 kilohertz est conçu, construit et examiné. Il se compose de deux convertisseurs monophasés de plein-pont avec les transistors bipolaires de porte isolés la dernière parporte et un transformateur 20-kHz avec un noyau matériel doux-magnétique nano-cristallin et des fils de litz. Le transformateur joue un rôle essentiel en réalisant l'isolement galvanique entre les deux convertisseurs de plein-pont. L'efficacité globale des bornes de C.C-rendement de C.C-entrée est exactement mesurée pour être aussi haute que 97%, à l'exclusion des pertes de circuit d'entraînement de porte et de commande de la perte entière. D'ailleurs, l'analyse de perte est effectuée pour estimer l'efficacité en utilisant les dispositifs SiC-basés de commutation de puissance. L'analyse de perte clarifie que l'utilisation des dispositifs de puissance SiC-basés peut apporter une réduction significative des pertes de conduite et de changement au convertisseur C.C-C.C. En conséquence, l'efficacité globale peut atteindre 99% ou plus haut. DEWEY : 621 ISSN : 0885-8993 RAMEAU : Convertisseurs électriques-- Semiconducteurs En ligne : inoue@akg.ee.titech.ac.jp, akagi@ee.titech.ac.jp [article] A Bidirectional Isolated DC–DC Converter as a Core Circuit of the Next-Generation Medium-Voltage Power Conversion System = Un convertisseur d'isolement bidirectionnel de DC-DC comme circuit de noyau du système de conversion de la deuxième génération de puissance de Milieu-Tension [texte imprimé] / Shigenori Inoue, Auteur ; Akagi, Hirofumi, Auteur . - 535-542 p. Electronique Langues : Anglais (eng) in IEEE transactions on power electronics > Vol. 22 N°2 (Mars 2007) . - 535-542 p. Mots-clés : Bidirectionnel  isolated  dc-dc  converter  Medium  voltage  power  conversion  systems  Power  density  Wide-bande-gap  semiconductors  Convertisseur  dc-dc  d'isolement  par  Bidirectionnel  Systèmes  de  conversion  moyens  de  puissance  de  tension  Densité  de  puissance  Semi-conducteurs  de  Large-bande-espace Index. décimale : 621.31 Production,approvisionnement et contrôle de l'électricité.Machines et appareils électriques.Mesure électrique.Magnétisme et électrostatique appliquées Résumé : This paper describes a bidirectional isolated dc-dc converter considered as a core circuit of 3.3-kV/6.6-kV high-power-density power conversion systems in the next generation. The dc-dc converter is intended to use power switching devices based on silicon carbide (SiC) and/or gallium nitride, which will be available on the market in the near future. A 350-V, 10-kW and 20 kHz dc-dc converter is designed, constructed and tested. It consists of two single-phase full-bridge converters with the latest trench-gate insulated gate bipolar transistors and a 20-kHz transformer with a nano-crystalline soft-magnetic material core and litz wires. The transformer plays an essential role in achieving galvanic isolation between the two full-bridge converters. The overall efficiency from the dc-input to dc-output terminals is accurately measured to be as high as 97%, excluding gate drive and control circuit losses from the whole loss. Moreover, loss analysis is carried out to estimate effectiveness in using SiC-based power switching devices. Loss analysis clarifies that the use of SiC-based power devices may bring a significant reduction in conducting and switching losses to the dc-dc converter. As a result, the overall efficiency may reach 99% or higher. Cet article décrit un convertisseur C.C-C.C d'isolement bidirectionnel considéré comme circuit de noyau des systèmes de conversion de puissance de la haut-puissance-densité 3.3-kV/6.6-kV dans la prochaine génération. Le convertisseur C.C-C.C est prévu pour utiliser des dispositifs de commutation de puissance basés sur le carbure de silicium (SiC) et/ou la nitrure de gallium, qui seront disponibles sur le marché dans un avenir proche. Un 350-V, un 10-kW et un convertisseur de C.C-C.C de 20 kilohertz est conçu, construit et examiné. Il se compose de deux convertisseurs monophasés de plein-pont avec les transistors bipolaires de porte isolés la dernière parporte et un transformateur 20-kHz avec un noyau matériel doux-magnétique nano-cristallin et des fils de litz. Le transformateur joue un rôle essentiel en réalisant l'isolement galvanique entre les deux convertisseurs de plein-pont. L'efficacité globale des bornes de C.C-rendement de C.C-entrée est exactement mesurée pour être aussi haute que 97%, à l'exclusion des pertes de circuit d'entraînement de porte et de commande de la perte entière. D'ailleurs, l'analyse de perte est effectuée pour estimer l'efficacité en utilisant les dispositifs SiC-basés de commutation de puissance. L'analyse de perte clarifie que l'utilisation des dispositifs de puissance SiC-basés peut apporter une réduction significative des pertes de conduite et de changement au convertisseur C.C-C.C. En conséquence, l'efficacité globale peut atteindre 99% ou plus haut. DEWEY : 621 ISSN : 0885-8993 RAMEAU : Convertisseurs électriques-- Semiconducteurs En ligne : inoue@akg.ee.titech.ac.jp, akagi@ee.titech.ac.jp