7
Vítor Monteiro, J. G. Pinto, Bruno Exposto, João L. Afonso Comprehensive Comparison of a Current-Source and a Voltage-Source Converter for Three-Phase EV Fast Battery ChargersIEEE CPE International Conference on Compatibility and Power Electronics, Lisboa Portugal, pp.173-178, June 2015. http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7231068 ISBN: 978-1-4799-6300-3 DOI 10.1109/CPE.2015.7231068 This material is posted here with permission of the IEEE. Such permission of the IEEE does not in any way imply IEEE endorsement of any of Group of Energy and Power Electronics, University of Minho, products or services. Internal or personal use of this material is permitted. However, permission to reprint/republish this material for advertising or promotional purposes or for creating new collective works for resale or redistribution must be obtained from the IEEE by writing to [email protected]. By choosing to view this document, you agree to all provisions of the copyright laws protecting it. © 2015 IEEE

Comprehensive Comparison of a Current-Source and a Voltage … · 2017. 12. 15. · ˇ ~ ˘ ir 2 il" N ig − il Z ˘ ˚ $ N ˘ [ic\N˚ ˘ N˚ " N N — 3 4 ˙ 4 (1(˝ [^^\N ˘ [^‡\

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Comprehensive Comparison of a Current-Source and a Voltage … · 2017. 12. 15. · ˇ ~ ˘ ir 2 il" N ig − il Z ˘ ˚ $ N ˘ [ic\N˚ ˘ N˚ " N N — 3 4 ˙ 4 (1(˝ [^^\N ˘ [^‡\

Vítor Monteiro, J. G. Pinto, Bruno Exposto, João L. Afonso

“Comprehensive Comparison of a Current-Source and a Voltage-Source Converter for Three-Phase EV Fast Battery Chargers”

IEEE CPE International Conference on Compatibility and Power Electronics, Lisboa Portugal, pp.173-178,

June 2015.

http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7231068

ISBN: 978-1-4799-6300-3

DOI 10.1109/CPE.2015.7231068

This material is posted here with permission of the IEEE. Such permission of the IEEE does not in any way

imply IEEE endorsement of any of Group of Energy and Power Electronics, University of Minho, products or

services. Internal or personal use of this material is permitted. However, permission to reprint/republish this

material for advertising or promotional purposes or for creating new collective works for resale or

redistribution must be obtained from the IEEE by writing to [email protected]. By choosing to view

this document, you agree to all provisions of the copyright laws protecting it.

© 2015 IEEE

Page 2: Comprehensive Comparison of a Current-Source and a Voltage … · 2017. 12. 15. · ˇ ~ ˘ ir 2 il" N ig − il Z ˘ ˚ $ N ˘ [ic\N˚ ˘ N˚ " N N — 3 4 ˙ 4 (1(˝ [^^\N ˘ [^‡\

����������� �������� �� �

������������� �� � �������������� �������� ���

���������� �� ��� ������� �������

����� !������" #$ %$ ����" ���� �'����" #�(� )$ *��� *)%+;<�!< ;������ ����� > D������� �� !���" %�����(� > ��������

F�����$������� K ��N����$���� K N���$�'���� K O���$�$����QR���������$�����$��

��� W������� ����� �� ������Abstract������ ���� ���� �� � ����������� ����������

��������� ������������ ��������� ������������� ������ ������� �� ���� ������ ����� �� � � ��� �������� �������� ������� � � � ������� ������������ ���!"!������� ��������� �������� �#� ���� �� ���� �����������$���������� ����#� $����� ����� � $�� %��� ��� �� �&�������� � ������������ ����$����������� ��������� ���'�� �� � ��� ���#� ����� �� �� ����� � � � �� ��� ������������� �� ��"!�� ��� � � ���� ���� � ��� ����� �#� �� �� �� ���� ������$����� �� ��� ���&�������� � ������������ ����$����������� ��������� �#��������(�� ��#�� � ���������� ����������������� �������� ����������� ������������ �� �����������)����� ������ ����������� ���� ��� ����������������� ��������� �� ��!"!���� ���"!���������� �������#���$����� ������(� �������� ����$�� �������� ����� � ��� ���� � � ����� ��� ���������� � $�� �� ������� ��� ��� ������ � ������� ��� ���� ��� �� � �� ����������� �� ���� ��� �� ����� ����� � ��� �� � �� �� ��������� ���� ����������� ����� $��*+��,����.+��,��

Keywords—EV Battery Charger; Current-Source Converter; Voltage-Source Converter.

<$� <X�;+YD��<+X

X�Z����" ��� �������� ������� [��\ � �� � �Z �������� � ��� ������� �����" Z���� � ��������� �� ������ ��� �������� ��� ����� �� ��� �����N���� �� � ���� �����N�� �� �������� ��N����� ]^_$ X���������" �� ��� ��Z�� ����" ��� �� � �� � � �Z �N������ ���� ���� ��� N� ��������� Z������ O�������`� ��� ��Z�� q������ ]z_ ������ ��� ��Z�� ���� ��N����� ]{_$ < ����� �� ������� ��� �� N������ ������� ����� ���� ��� ��Z�� ���� ��� ��q����� ��N���� �� ����N���� �� N������ ������� �� ������� �� ������� �� ������ ��� �� ]W_]|_$ ��� ��N���� �� N������ ������� � ������� ���� ��� �� �� �� N� ��� �� ���� ��� �� �������� �� ��� ��Z�� ����$ ���������" ��� ��Z�� ����� �� ��N���� ������� � N���Z }$} ~� �� ��� ��������� � ��� ���������� � ��Z ������� ]}_]W_$ ��� ����N���� �� N������ ������� ��� ������� ������ ��� �� � ������� ������� �����" �� ��� ��� �� ������� ��Z�� �������� �� ��� �� N�������" �$�$" ��� ��Z�� �������� [�����\ � ������ ��� �� ]�_]�_$ +���N���� ������� ��� ��������� � ��� ���������� � ��� ������� �� ��������� ����� ��Z�� ����� �N��� |� ~�$ D�� N����������� �� N������ ������� �� � ��� ���N�� ������� ���� �� ��� ����� ����� � ��� N������� N��~ �� ��� ��Z�� ����$ ��� �������� ���� � ��������� � ��� ���������� � ��������������� [�z%\ �� � ����� Z��� ��N���� �� N������ �������$ ��� ����N���� �� N������ ������� ��� ��� ��

������ ��� N������� � ��� � ���N��$ ���������" �� � �� ������� ��� N����������� �������� ����" �$�$" �������� ��� ������� ����� �� ������� ����� �� ��� ��Z�� ����$ < ]�_ � ������� � ���� �N��� ��� ��� �� �� �� ��� ��N���� �� ����N���� ����$ ���������" N��� �� N������ ������� ���� [��N���� �� ����N����\ ��� ������� N� �Z� ��Z�� ����� �� ����� �� �������� ��� ��Z�� ���� �����Z�� N� � ����� �� �������� ��� N������� ]^�_]^^_$ <��������� �� ��� �� N������ ������� ����" �� � �������� �� �N��� ������� ������ �� ������ ��Z�� ������ � ��� �� ���" �� ��������� ������� �� ������ � ��� �� ���$ ���� ������� ��� ��� �� ������� ��� ��Z�� q������ �� �� ��������� Z��� ��� N������ ������� ��q�������

< ����� �� �����N��� �� ��� ��������� �� ���������� ��� �� N������ �������" ��� ����� ����� � ����������� �������� �� �Z� ����N���� �� ��� N������ �������$ ��� �������� � ���N����� N��Z�� �Z� ���������� ����������� ��������" �� N��� � � ������������ �������� [���\ �� ����� � � ������������� �������� [���\$ <� � ����� ���� ���� ��� ������� �� ��� ��Z�� ���� � � ���������� ���� �� ������������ �� ������� �� W�� � |� �` �� ���� ��� ������ �� ��'���� ��Z�� �" �����������" ^� ~� �� |� ~�$ ���$ ^ ��Z ��� ������� �������� �� ��� �Z� �� ��� N������ ������� ���� ��������$ ���$ ^[�\ ��Z � �� ��� N������ ������� N��� � � ���" Z���� � ������� N� � ���� ��Z�� ����� � ����� ���������� ����������� ���$ ��~�� ��� ������ ���� ��� ��� � � N��~����� ��������" ��� ������ ������� �� ���� � Z��� ���� �� �����" Z���� ����� N��Z�� `��� �� ��� ��'���� �������� ����� �� ��� ������������ ��Z�� ���� �������$ ���������" �� � �� ������ �� � ����� N��~��� ��������$ !�������" ��� � ��� �� � ��� ���N�� ������ ��� ���� ������ � ����� �� �N��� �� Z��� ������ ���� � ���� Z��� ��� ��Z�� ���� ��������� ������� ������� �q����$ ���$ ^[N\ ��Z � �� ��� N������ ������� N��� � � ���" Z���� � ������� N� �Z� ��Z�� ����� � ����� ���������� ����������� ���" �� � ����� N��~��� ��������$ ��~�� ��� ������ ���� ��� ��� � � N�������� ��������" ��� ������ ������� ���� � Z��� ���� �� �����" N�� ��Z�� ������� ��� ��� ��'���� �������� ����� �� ��� ������������ ��Z�� ���� �������$ ���������" �� � ������ �� � ����� N��~��� N��~����� �������� �� ��O�� ��� �����~ ������� �� � ����� ����������� �� ������ ��� N������� [���������" ��� ����� ������� � ��� N������� � N���Z ��� |}� �" Z���� � ��� ��'���� �������� ����� �� ��� ������������ �������\$ ��� � ��� ��� ���ZN��~ �� ��� �������� �������� Z��� ��� ���$ <

Vítor Monteiro, J. G. Pinto, Bruno Exposto, João L. Afonso, “Comprehensive Comparison of a Current-Source and a Voltage-Source Converter for Three-Phase EV Fast Battery Chargers,” CPE International Conference on Compatibility and Power Electronics, Lisboa Portugal, pp.173-178, June 2015. DOI: 10.1109/CPE.2015.7231068, ISBN: 978-1-4799-6300-3

Page 3: Comprehensive Comparison of a Current-Source and a Voltage … · 2017. 12. 15. · ˇ ~ ˘ ir 2 il" N ig − il Z ˘ ˚ $ N ˘ [ic\N˚ ˘ N˚ " N N — 3 4 ˙ 4 (1(˝ [^^\N ˘ [^‡\

����� �� ������� � ������� �� ��� N������ ������� �����" ��� ������ ������� ����� N��Z�� {�� � �� W|� �$ D�� � ��� �� � ��� ���N�� ������ ��� ���� ������ � ����� �� �N��� �� Z��� ������ � ���� Z��� ��� ��Z�� ���� ��������� ������� ������� �q����$ < ����� << � ������� ��� ���� �� ��� ��������� ��Z�� ������ ��� ��� �Z� �� ��� N������ �������$ ���������" � ��� ����� ��� �����N�� � ������ ��� ��� ��� ���� ����Z �N��� ��� ���� ������ �������� ��� N��� ��� �� ���$ < ����� <<< � ������� ��� ������ ������ �������� ��� ��� �Z� �� ��� N������ �������" �$�$" ��� ��� ��� ���� ����Z ������`� ��� ������ �� ������� �������� ��� ��� ��� �� ���" �����������$ < ����� <� � ���N����� � �������� � ���� �� ��� �������� ��������� �� ��� �Z� ���������� ����������� �������� [��� �� ���\ ��� �� ��� N������ �������" ����� ��� |� ~� �� ������ ��� ���������� �������$ ������" ����� � ����� ��� ��� �������$

<<$� �� �*�� �*���;� ��*;%�; �+X�;+))�; Y��<%X

< ��� ����� � ������� ��� ��Z�� ������ ���� ����Z �N��� ��� ���� ������ �������� ��� ��� �� N������ ������� N��� � � ��� �� � � ���$ < ����� �� ������� ��� ��Z�� ������ ���������" �� � ����� ���� ��� ��Z�� ���� ������� � ������� ��� N� ��� ��������� �������$ ��Z����" �� � �������� �� ����� ���� � ��� ������� ��������� � ��� � ��������~�� ���� [�))\ ���������" ����Z�� �� �N��� ������� �������� �� ��� ���� ������$ < ��� ���� �� ��� �����" �� Z� ��� ��� ���������� �)) ���������� � �� ��������� [����))\ ������� � ]^z_$ �������� ���� ��� ��������� ��Z�� ���� ������� [vg\ �� ��� ��������� ���� ������ [ig\ ��� �'�����" �����������" N��

�� � ����������� ���� [^\

�� � ����������� � � ���� [z\

��� ���������� ������ ��Z�� [Pg\ �� N� ������ N��

�� � ������� ������� � ������� ������� � [{\

������������������ �

�������� ���� � ��� ��������� ������ ��Z�� ���� ��� ��Z�� ���� �� ��� N�������" ��� ��Z�� ���� ������� [vg\ �� ��� ���� ������ [ig\ ��� � ����" �$�$" ��[�\ � ^$ ���������" �������� � N������ ���� �� �������" ���� [{\ �� �� N� ������ � �q������� ��������� ��������� [G\ �������� ���

� ���

������� [W\

Z����" Vg �������� �� ��� �� ����� �� ���� ���������

��Z�� ���� ������� [vga" vgb �� vgc\$ D�� ��� ���������

������ � [W\" ��� ��������� �������� ���� ������

�������� ��� ���� ���� �� N� ������ N��

�� ! � � "## ������ ��� [|\

Z����" pll � ��� ������ ���� �� ��� ����)) ��������� �� i�a" b" c$ ��� ��� ���" �������� ��� �������� ���" ��� ������ ��Z�� Pg �������� �� ��� ��Z�� �� ������ ��� N�������$ ���������" �N������� [W\ � [|\ � �N������

�� ! �

�$%& �'(

� ��� "## ������ �� [}\

Z����" ��� ������ � ��� �����~ �������� [IDC\ � ��������� ������� � �< ���������$ ��� ��� ���" �������� ��� ���" ��� ������ ��Z�� Pg �� N� ��������� � �Z� ���� ����������" �����������" �� ��� ��Z�� �� ������ ����� ��� �����~ ������� [VDC\ �� ��� ��Z�� �� ������ ��� N�������$ ���������" �N������� [W\ � [|\ � �N������

��! �

�'( � �$%& �$%&

� ��� �"## �������� [�\

Z����" PDC � �N����� ���� � �< ���������$ ��� ������ �� ������ ��� N������� [IBAT\ � ��������� N� ��� ����� N��~����� ��������$ ���������" ��� ������� ���� ��� �������� ��� ������� [vdc-dc\ �� ������ ��� N������� ������ � �N����� �������� Z����

�)�*)� � �$%& � +'( ,-���$%&! . �$%&��� [�\

<<<$� �� �*�� �*���;� ��*;%�;� �D;;�X�

�+X�;+) Y��<%X

< ��� ����� ��� ������� ��� ������ ������ �������� ��� N��� ��� �� ��� �� ��� N������ �������$ ��� ��� ���" ��� ������ ������ ������� ����Z ������`� ��� ������ �������� ]^{_]^W_" �� ��� ��� ��� ����Z ������`� ��� ������� ��������]^|_]^}_$

A. Current Control Strategy of the Current-Source Converter ���$ z ��Z ��� ��������� �q������� ������� �� ��� ��

��� N������ ������� N��� � ��� ���" Z���� ��� ��������� ��� ��� ������ �� �������$ ��� �q������� ������� � ��� �� �����N� ��� ������� �q�����$ < ����� �� ������ ������ ��� �� ��� )� ������" �� Z� ��� � ������ ������ �� ^� � � �������� Z��� ��� ) ������$ ���� ���$ z �� �� N� ���N����� �����

�� � �/ � �0 � �� � �(1(�� [�\

�� � �0 � ���� [^�\

���$ ^$ ������� ��������� �� ��� �� ��� N������ ������� � ��������� [�\ ���� � � ���� [N\ ���� � � ���$

/ ���

��� �� ���

N������ �������

0�$�1���

C

L

Ldc

g1

g4

g3

g6

g5

g2

/ ���

��� �� ���

N������ �������

0�$�1���

C

L LDC

g1

g4

g3

g6

g5

g2

g7

Page 4: Comprehensive Comparison of a Current-Source and a Voltage … · 2017. 12. 15. · ˇ ~ ˘ ir 2 il" N ig − il Z ˘ ˚ $ N ˘ [ic\N˚ ˘ N˚ " N N — 3 4 ˙ 4 (1(˝ [^^\N ˘ [^‡\

��~�� ��� ������ ���� ir 2 il" �� �� N� ����� ���� ig � il Z������ �������� �������� ����� �� ��� ������� �����$ ��N������� ��� ������ � ��� ��������� [ic\ ��������� � [�\ N� ��� ���� ���������� �� �� ������� ���������� N� �� ����������" �� �� N� ���N������

�� � 34��

4�� �(1( � [^^\

��N������� [^�\ � [^^\ �� ��������� � ����� �� ��� ������ [iCSC\ ���� ��� ��� ��� ������� � �N������

�(1( � �� . 54��

4�� 5

4�0

4��� [^z\

������" �N������� ��� ������� � ��� ������� [vl\ N� ��� ���� ���������� �� �� ������ ���������� N� �� ��������" �� �� N� ���N������

�(1( � �� . 34��

4�� 36

4���4�� �� [^{\

��~�� ��� ������ ���� �� � ��� � ������� ���������" ��� ���������� �� ��� ��Z�� ���� ������� [vg\ � [^{\ �� N� �N������� N� �� ������� ������������ ��� ��� ���Z��� ����� ������ �������� ���

4��

4��

��78 � 9: . ��78:;-

�� [^W\

Z���� vg]k_ � ��� ������ ����� �� vg]k+1_ � ��� ������ ����� �� ��� ���� ������� �� Ts � ��� ������ ������$ ��� ���� ����� ���������� �� ��� ��Z�� ���� ������ � [^{\ �� N� �N������� N� �� ������� ������������ ������ ��

4���4�� �

��78 � 9: . ���78: � ��78 . 9:

;-� �� [^|\

D�� [^W\ �� [^|\" ��� ������� ������������ �� [^{\ ����� ��

�(1(78: � ��7<: . 3,-���78 � 9: . ��78:� �

[^}\��36,-

�=��78 � 9: . ���78: � ��78 . 9:>��

Z����" fs � ��� ������ ���q����$ ��� ������ �� ��� ������ ��Z � ��~� ��� ����� N��Z�� ��� ���� ������ [ig\ �� �� �������� [ig*\ �q��� �� `��� �� ��� ���� k+1$ ���������" [^}\ �� N� ��Z����� ����

�(1(78: � ��7<: . 3,-���78 � 9: . ��78:� �

[^�\��36,-

�=��!78: . ���78: � ��78 . 9:>��

< ����� �� ������� [^�\ �� � ������ �� ~�Z ��� ����� �� ��� ��Z�� ���� ������� [vg\ � ��� ���� k+1$ ��� ����� �� N� �N����� ���� ��� ����� �� ������� ����� ��� � )������ �'���������� ]^�_" ���� N��

��78 � 9: � ���78: . ���78 . 9: � ��78 . �:�� [^�\

��N������� [^�\ � [^�\ � �N����� ��� ���� ������ ������ ��Z ���� ����Z ������ ��� ������ �������� N� ��� ���$ ���

������ iCSC]k_ � ��� �������� ���� � ��� � ��� ��������� ������� �� ������ ��� ���� �� ��� ��� <%��$ ��� ���� ���� ������ ���� ����Z �����`� ��� ������ ��� �N����� ���� � ���N������� ����� ������� ]^�_" Z���� � �����N�� �� ������� ��� ��� ����� ����$ ��� ���� �� ��� ���N������� ����� ������� � ��� ����� �� ��� �������� N��Z�� ��� ������ iCSC]k_ �� � �����Z���� ��������� [��!\ Z��� z� ~�` ������������ ��������� �������$

B. Current Control Strategy of the Voltage-Source Converter ���$ { ��Z ��� ��������� �q������� ������� �� ��� ��

��� N������ ������� N��� � ��� ���" Z���� ��� ��������� ��� ��� ������ �� �������$ ��� �q������� ������� � ��� ��� �� �����N� ��� ������� �q����� � � ����� Z��$ ���� ���$ { �� �� N� ���N����� �����

�� � �� � �0�� [^�\

�� � �0 � �?1(�� [z�\

��N������� ��� ������ � ��� ��������� [ic\ ��������� � [^�\ N� ��� ���� ���������� �� �� ������� ���������� N� �� ����������" �� �� N� ���N������

�� � 34��

4�� �0� [z^\

��N������� [^�\ �� [z�\ � [z^\ �� ��������� � ����� �� ��� ������� [vCSC\ ���� ��� ��� ��� ������� � �N������

�(1( � �� . 64��4�

� +54���

4�� �� [zz\

D�� � ������� ������ ����" ��� ���������� �� ��� ��Z�� ���� ������ [ig\ � [zz\ �� N� �N������� N� �� ������� ������������ ��� ��� ���Z��� ����� ������ � ������������$ ���������" ��� ������� ������������ �� [zz\ ����� ��

�(1(78: � ��7<: . 6,-���78 � 9: . ��78:� �

[z{\� 36,-

�=��78 � 9: . ���78: � ��78 . 9:> �

Z����" fs � ��� ������ ���q����$ ��� ������ �� ��� ������ ��Z � ��~� ��� ����� N��Z�� ��� ���� ������ [ig\ �� �� �������� [ig*]k_\ �� ���� k �q��� �� `��� �� ���� k+1$ ���������" [z{\ �� N� ��Z����� ����

�(1(78: � ��7<: . 6,-���!78: . ��78:� �

[zW\� 36,-

�=��78 � 9: . ���78: � ��78 . 9:> �

< ����� �� ������� [zW\ �� � ������ �� ~�Z ��� ����� �� ��� ��Z�� ���� ������� [vg\ � ��� ���� k+1$ ��� ����� �� N� �N����� � �'������ ��� ��� ���$ ��N������� [^�\ � [zW\ � �N����� ��� ���� ������ ������ ��Z ���� ����Z ������ ��� ������ �������� N� ��� ���$ ��� ������� vCSC]k_ � ��� �������� ���� � ��� �� ������ ��� ���� �� ��� ��� Z�����$ ��� ���� ���� ������ ���� ����Z �����`� ��� ������� ��� ��� ����� �� ��� �������� N��Z�� ��� ������� vCSC]k_ �� �

���$ {$ ������� �������� �� ��� �� ��� N������ ������� N��� � � ���$ ���$ z$ ������� �������� �� ��� �� ��� N������ ������� N��� � � ���$

Page 5: Comprehensive Comparison of a Current-Source and a Voltage … · 2017. 12. 15. · ˇ ~ ˘ ir 2 il" N ig − il Z ˘ ˚ $ N ˘ [ic\N˚ ˘ N˚ " N N — 3 4 ˙ 4 (1(˝ [^^\N ˘ [^‡\

�����Z���� ��������� [��!\ Z��� z� ~�` ������������ ��������� �������$

<�$� �+!�*;<+X +� �� �*�� �*���;� ��*;%�;�

< ��� ����� ��� ������� ��� �������� ����� �������� Z��� ��<! �$� ���Z��� Z��� � �������� �� �$^ �$ < ��� �������� ����� � ������� ��� ����Z��� ��������" ��� ������� ���������" �� ��� N������ �����$ ���� �������� Z��� ��������� ����� ��� �� ��� N������ ������� ����� ���� ��� ������� �� ������������ ��Z�� ���� ������� �� W�� �" �� Z��� � ��'���� ������� ��Z�� �� |� ~�$ < ���� �������� � �������� ��� �� X�� )��� � �'����� �� � �� ��� N������ ������� ����� ]^^_$ ��N�� < ��Z ��� ����������� �� ~�� ������� �� ��� �� ��� N������ ������� [��� �� ���\$

A. Principle of Operation ��� ��� � ��� �� �������� ��� ��Z�� ���� �� ���

N�������" �$�$" �� � �� ��q����� ��� �� �� � ����� N��~����� ��������" ��� ��� ������ ������� � ��Z�� ��Z�� ��� ��� ��'���� �������� ��Z�� ���� �������$ ��� ��� � ��� �� ������ ��� ���� ������ Z��� � �� Z��� ���� �� � ���� Z��� ��� ��Z�� ���� �������" Z���� ��� ��������� �� ��� ���� ������ � ������ �� ��� ������� ������ � ��� �� ���$ ���$ W ��Z ��� �������� ����� �� ��� ��� �� ��� N������ �������$ ���$ W[�\ ��Z ��� ���� ������ [iga" igb �� igc\$ ���$ W[N\ ��Z ��� �����~ ������ [IBAT\ ����� � ���� ������� �� ^�� �$ ���$ W[�\ ��Z ��� �����~ ������ [IBAT\ � ������ �� ��� ��� ������ [iga\$ ���� �������� ����� Z��� �N����� Z��� � ��Z�� �� |� ~� �� � ������� ����� ��Z�� ������ �� �$��$ ���$ | ��Z ��� �������� ����� ��� ��� ���� a ����� ��� �� ��� N������ ������� ����� Z��� � ���$ ��� ������ ��Z ��� ��Z�� ���� ������� [vga\" ��� ���� ������ [iga\" �� ��� ������ �������� N� ��� ��� [iCSCa\$

��� ��� � ��� �� �������� ��� ��Z�� ����" ��Z����" �� ������ ������� � ��Z�� ������� ��� ��� ��'���� �������� ��Z�� ���� ������������ �������$ ���������" �� � ������ �� � ����� N��~����� ��������$ ��� ����� ��� � ��� �� ������ ��� ���� ������ Z��� � �� Z��� ���� �� � ���� Z��� ��� ��Z�� ���� �������$ ��� �������� � ��� ��� �� �������� ��� �����~ ������� Z���� � ������� ��� ����� N��~����� ��������" Z���� � �����N�� ��� ��O���� ��� ������� ����� �� ������ ��� N�������$ ���$ } ��Z ��� �������� ����� �� ��� ��� �� ��� N������ �������$ ���$ }[�\

��Z ��� ���� ������ [iga" igb �� igc\$ ���$ }[N\ ��Z ��� �� ��~ ������ [IBAT\ ����� � ���� ������� �� ^�� �$ ���$ }[�\ ��Z ��� ������ [IBAT\ � ������ �� ��� ��� ������ [iga\$ ���$ � ��Z ��� �������� ����� ��� ��� ���� a ����� ��� �� ��� N������ ������� ����� Z��� � ���$ ��� ������ ��Z ��� ��Z�� ���� ������� [vga\" ��� ���� ������ [iga\" �� ��� ������� �������� N� ��� ��� [vVSCab\$ <� � �������� �� ����� ���� ��� ������� �������� N� ��� ��� � ������� N��Z�� ��� ���� a �� b" �$�$" ��� ������� vVSCab$ * ��Z � ���$ W[�\ �� ���$ }[�\" ��� �� ��� ��Z�� ������ [��$ ����� <<< *\ �� ��� ���� ������ ������ ������� [��$ ����� <<< �\" ��� ���� ������ [iga\ � ������� Z��� ��Z ������� ��������$ ��Z����" ��~�� ��� ������ ���� ��� ������� ��Z�� ����� ����� ��� N������ ������� �����" ��� ���� ������ ����� ������� �������� [��Y��\ ��� �����$ ���$ � ��Z ��� ���� ������ ��Y�� � ������ �� ��� ������� ��Z�� [Z��� � �������� N��Z�� ^� ~� �� |� ~�" Z���� �������� �� �������� ���� �� �������� ����� � �� ��� N������ ������� �����\$ ���$ � ��Z ��� �����~ ������ [IBAT\ ����� � �������� �� ��� N������ ������� �����$ ��� ������� ����� ���� Z��� � ������ ����� �� ^z� * ����� ����� W

�*�)� <

����<�<�*�<+X +� ��� �� �*���;� ��*;%�;�

0�� �� ���� 2�� �Grid Voltage (line-to-line) 400 ± 10% � Output dc Voltage Range � �� |�� � Maximum Output Current ^z� * Maximum Output Power |� ~�

������������� ��������

<������ L �$| ��

��������� C z�� ��

<������ LDC z� ��

Y����� ;����� R ^� �

�������������� ��������

<������ L { ��

��������� C z ��

<������ LDC | ��

Y����~ ��������� C | ��

���$ W$ ��������� ������� ��� ��� N������ �������� [�\ %��� ������ [iga" igb�� igc\� [N\ Y����~ ������ [IBAT\ ������ ����� � ���� ������� �� ^�� �� [�\

Y����~ ������ [IBAT\ � ������ �� ��� ��� ������ [iga\$

���$ |$ ��������� ����� ��� ��� ���� a ����� ��� �� ��� N������ �������

����� Z��� ��� ��� N������ �������� ��Z�� ���� ������� [vga\� %��� ������

[iga\� ������ �������� N� ��� ��� [iCSCa\$

�|

^�|

^^|

^z|

�${�� �${z� �${W� �${}� �${�� �$W��

��

���

� [*

\

���� [\

^z{$W

^z{$}

^z{$�

^zW$�

^^�

^^�

^z�

^z^

^zz

�^|� ��| � �| ^|�

��

���

� [*

\

������ [*\

�^|�

��|

�|

^|�

�$|W �$|| �$|} �$|� �$|� �$|�

��

���

� [*

\

���� [\

[�\

[N\

[�\

IDC

iga igb igc

z� ~�`

�z��

�^��

^��

z��

�W��

�z��

z��

W��

�$^W �$^| �$^} �$^� �$^� �$^�

����

��

[*\

����

���

[�\

���� [\

vga iga iCSCa

Page 6: Comprehensive Comparison of a Current-Source and a Voltage … · 2017. 12. 15. · ˇ ~ ˘ ir 2 il" N ig − il Z ˘ ˚ $ N ˘ [ic\N˚ ˘ N˚ " N N — 3 4 ˙ 4 (1(˝ [^^\N ˘ [^‡\

�����$ ��� N������ ������� ����� � ���������� Z�� ��� N������ �������������� ������ ���$ ��� ������� ����� Z�� ��� ������� ������ ������� �� {� *$ ��� ���� ��q����� �� ������� ��� N������ ������� Z� {� �����$

B. Estimated Efficiency Comparison < ��� ���� � ���N����� � �������� �� ��� ��� �� ���

��� �� ��� N������ ������� � ���� �� �������� �������� ���������$ ��� �������� Z� ��������� ��� ��� ������� ������ �� ��� ���Z��� ��<!$ ��� ������� ������ ������ ��� ������ N������� �� ���� ����������� ��Z��� �������� Z������ �� �������� ���$ ��� ��� ���" N���� ��� ������� �������� � ��N�� <" � ��� �������� ����� Z��� �������� ����� ������ �� <%�� [���� �� Z��� �Z� <%��\ ���� ��� ����������� Semikron [����� SKM200GB125D\ Z��� ����� ����� �� ^}� * [Tcase��� ��\ �� ^z�� �" �� �' ������� ����� ��� ���� ��� ����������� Semikron [����� SKKE162/12\ Z��� ����� ����� �� ^}� * [Tcase��| ��\ �� ^z�� �$ ��� ��� ���" N���� ��� ������� ��Z � ��N�� <" � ��� �������� ����� Z��� �������� ���� ������ �� <%�� [���� �� Z��� �Z� <%��\

���� ��� ����������� Semikron [����� SKM200GB125D\ Z��� ����� ����� �� ^}� * [Tcase��� ��\ �� ^z�� �$ <� � �������� �� ����� ���� ��� N����� <%�� �� ��� ������ ������ � �� ���" �$�$" �� � ��� ��� ��� ������ ����� ��� ��� ������ �������� � N��~����� ��������$ ���$ ^� ��Z ��� �������� ��������� �� ��� �Z� �� ��� N������ ������� ��� ����� �������� �������� �������" �����" ^� ~�" {� ~�" �� |� ~�$ * �� �� N� ��" ��� ��'���� �������� ��������� [�|$��\ ����� �� ��� ��Z�� �� ^� ~� ��� ��� ��� �� ��� N������ �������$ <� � ��� �������� �� ����� ���� ��� ��� ����� �������� �������� ������� ��� ��� � ��Z�� ���� �������� ��� ��� ���$ ��� ��� ��� �� ���" ���$ ^^ �� ���$ ^z ��Z" �����������" � �������� [� ���������\ �� ��� ��� �����N���� ��� ��� ��Z�� �������� ������� �� ^� ~�" {� ~�" �� |� ~�$ ��� ��� �������� Z��� �������� ��� ��� � ��� ����������� [�������� �������� �� Z������ ���\" �� � ��� ���� �� ������ ����� ������$

�$� �+X�)D�<+X

��� ����� ����� � ����������� �������� N��Z�� � ������������ �������� [���\ �� � ������������� �������� [���\ ��� ���������� � �������� ������� [��\ ��� N������ �������$ ��� ��� �� ��� ��� ��� �����N�� � ������ ���� ��� �����$ ��� N��� �������� � ������� ��� �������� �� �������� �� ��� ��� �q����� �� ��� ��Z�� ������ ������ �� ��� ������ ������ ��������$ ������" � ������� � ��������� �������� � ���� �� ��� ����� ������� �������� �� ��� ���� ������ �� ��� �������� ��������� ��� ��� �������� ������� �� ^� ~�" {� ~�" �� |� ~�$ ��� �������� Z� ��������� ��� ��� ������� ������ �� ��� ���Z��� ��<!$ ��� �N����� ����� ��Z ���� ��� ����� ������� �������� [��Y��\ �� ��� ���� ������ � ��Z�� ��� � ��� ��� ��Z�� �N��� ^| ~�$ D�� � ��� ��� ��'���� �������� ��������� � �|$�� ��� � ��Z�� �� ^� ~� �� ��� � ��� � �^$�� ��� � ��Z�� �� {� ~�$ ��� ����� ��Z ���� ��� ��� ����� ������ �������� ��������� ��� ��� �������� �������� �������$ ��� �N����� ����� ��� ��Z ���� ��� �������� ��� ��� ������ � ��� ����������� �� ��Z�� � ��� ���� ������$

���$ }$ ��������� ����� �� ��� ��� N������ �������� [�\ %��� ������ [iga" igb�� igc\� [N\ Y����~ ������ [IBAT\ ������ ����� � ���� ������� �� ^�� �� [�\

Y����~ ������ [IBAT\ � ������ �� ��� ��� ������ [iga\$

���$ �$ ��������� ����� ��� ��� ���� a ����� ��� �� ��� N������ �������

����� Z��� ��� ��� N������ �������� ��Z�� ���� ������� [vga\� %��� ������

[iga\� ������� �������� N� ��� ��� [vCSCab\$

�|

^�|

^^|

^z|

�${�� �${z� �${W� �${}� �${�� �$W��

����

��

[*\

���� [\

^^�$�

^^�$�

^z�$�

^z^$�

^^�

^^�

^z�

^z^

^zz

�^|� ��| � �| ^|�

����

��

[*\

������ [*\

�^|�

��|

�|

^|�

�$|W �$|| �$|} �$|� �$|� �$|�

����

��

[*\

���� [\

[�\

[N\

[�\

IDC

iga igb igc

z� ~�`

�z��

�^��

^��

z��

�W��

�z��

z��

W��

�$^W �$^| �$^} �$^� �$^� �$^�

��

���

� [*

\

��

����

� [�

\

���� [\

vga iga vVSCab4

���$ �$ �������� �� ��� ������ ��Y�� � ������ �� ��� ������� ��Z��

��� ��� �� ��� N������ ������� N��� � � ��� �� � ���$

���$ �$ ������� ������� ������ [IBAT\ ����� � �������� �� ��� N������

������� �����$

�$�

�$|

^$�

^$|

z$�

^� z� {� W� |�

����

��

��

Y�

��Z�� [~�\

������

|�

^��

^|�

� | ^� ^| z� z| {�

��

���

� [*

\

���� [��\

IBAT

Page 7: Comprehensive Comparison of a Current-Source and a Voltage … · 2017. 12. 15. · ˇ ~ ˘ ir 2 il" N ig − il Z ˘ ˚ $ N ˘ [ic\N˚ ˘ N˚ " N N — 3 4 ˙ 4 (1(˝ [^^\N ˘ [^‡\

*��X+�)�Y%!�X�

��� Z��~ �� N�� �������� N� ��� > �����(� ���� � ������ � ��������� � ��� ���� �� ��� ���O���� ����D<Y�������{^��z�^{$ !�$ ����� !������ Z� �������� N� ��� �������� ��������� ��;���Y���^||�z�^^ ������ N� ��� ��� �����$

;���;�X���

]^_ �����~ ;�O���~���" ������ ����� �� ������ ���� � ��������

������� �������� ����������"� <��� #$ �����$ ���$ ����� ��Z��

�������$" ���$^" �$^" ��${�^�" !��$ z�^{$

]z_ ���� �$ !��" ���� Y������" *��� �$ !����" !������� *$ �$

!����" ���Z�� ������� �� ����� %��� Z��� ������ �������� �������

�������� ������� ������� �������"� <��� <������� ����� %���

���������� �������� ������" ��$^��" +��$ z�^�$

]{_ ���`�� ;�O��� ������" ������� ��������� ��� ��N��� ��������

�������� ��������" �����������" ��������" �� ������ ����"�

<��� ���$ ���$ ������$" ���$|}" �$|" ��$z{�{�zW�W" ����$ z���$

]W_ Y����~ �$ %�����" ����N��` !����" !����� ������" ���� �N����"

������� %$ Y�����" �* *��������� +N���� {${�~� �������

������� ��� ���� *���������"� <��� ���$ ���$ ������$" ���$}^"

�$�" ��${W}}�{W�W" +��$ z�^z$

]|_ #$ %$ ����" ����� !������" ����q�� %������" #�(� )$ *���"

�+N���� ;���������N�� ������� ������� ��� �������������������

�����������*�'������ !���"� <��� ���$ ���$ ������$" ���$}{" �${"

��$^^�W�^^^}" !��$ z�^W$

]}_ #������ )��" �����#� ����" �}$}�~� +N���� ������� Y���

D�� Y�! ��� ������������ �������!�������� �����q�� ��

�Z������� Y��Y� ��������"� <��� ���$ <�$ �������$" ���$}^"

�${" ��$^zW{�^z|z" !��$ z�^W$

]�_ �����#��� ����" ���%� ����" ������� ���" ���� ������ ��������

���� � ��� ����������`���� �� ��������� �� )����+W ��������"�

<��� ���$ ��Z�� �������$" ���$z�" �$W" ��$^|||�^|}z" *��$ z�^{$

]�_ #������ )��" #������ !��" �������~ )��" �����;��� ���"

�������� ��" ���� ������� �����q�� ��� �� ������� �������

��� ���������� *��Y� ���� ��������"� <��� <��+X <�������

��������� ������� *��� ��������" ��$W|���W|�z" X��$ z�^^$

]�_ ������ �������" *��� �`�`����~" ���� ������� �$ ���Z

�������� ��� �� �� ��� ��� X�Z *�� �� �������� �������"�

���zW <��������� �������" ��N��� �� ���� ���� �������� �������

��������" ��$^��" !�� z���$

]^�_ �$ ������" �$ �������" #$ �$ �����" ����������� ���� ��Z�� ������

!�� <������� ������ ��� �������� ������� ������� �������

�����"� <��� *��� *������ ��Z�� ��������� �������� ��

�'������" ��$z}�{�z}^�" ��N$ z�^z$

]^^_ ��`��� ���" ���O� !$ )�~��" �D����� *����� ������ �� �����

������� ����� ��� � !��������� ������� ������� ������"� <���

���$ ��Z�� �������$" ���$z�" �$^z" ��$|��{�|��{" Y��$ z�^{$

]^z_ )�� %�������� ���N�� ;����" Y���� ;������� ����" !�������

*����" �*���� �� ����Z��� <����������� �� � ;�N��

�������`�� �)) ������� ���� � ��� �q ������"� <��� ���$ <�$

�������$" ���$|{" �$}" ��$^�^��^�z}" Y��$ z��}$

]^{_ <$ )�`���" #$ ;�������`" �$ ��" �$ ������" !$ ;�����" !$ ����`"

����������� ������ ��� ������ ������ ;�������� +������� �� )�Z

�Z������ ���q����"� <��� <�!�� <��������� ��Z�� ���������

�� !���� ������" ��$ ^}{��^}{{" !�� z���$

]^W_ �$ ������" !$ ;�����" �$ �����" #$ ;�������`" �$ ��" �$ �������" �$

�����" #$ !��`" #$ ����`�" �$ !���" ����������� ������ �� � ������

������ ;�������� Z��� <����� �������� <��� ������"� <���

<��+X <������� ��������� �������" ���� *�����" ��$ |�Wz�|�W�"

X��$ z�^{$

]^|_ �������� �����" %�N���� +���`" #�� <$ ��`" #�� ;�������`" ������

��`q��`" )������� %$ ���q����" �!���� ���������� ������ �� �

<������ ���� +����� )� ������ ��� D�� *���������"� <��� ���$

<�$ �������$" ���$|}" �$}" ��$^��|�^��{" #�� z���$

]^}_ �������� �����" #�� ;�������`" ����������� <������ Z��� +����� )�

������ D�� ���������� ������ ��� D�� *���������"� <��� �������

�������� � ��Z�� ��������� �� *���������" ��$^��" ����$ z���$

]^�_ #�� ;�������`" #���� ����" ���� *$ �����" ��N�� ������" ��N��

)�`��" �������� �����" D����� *���" ����������� ������ ������

�� � ������� ������ <������"� <��� ���$ <�$ �������$" ���$|W" �$^"

��$W�|�|�{" ��N$ z���$

]^�_ ���� �'����" ������ �������" ����� �����" #�(� )$ *���"

���������� �� � ������������� ���� *����� ��Z�� ������ Z���

�������� ���� ��! �� �������� ������� !�������� �����q��"�

��� ������� �������� � ��Z�� ��������� �� *���������"

��������� � D���� ������" ��$^��" *��$ z�^^$

���$ ^�$ �������� ��������� �� ��� �Z� �� ��� N������ ������� ��� �����

�������� �������� ������� [^� ~�" {� ~�" �� |� ~�\$

���$ ^^$ �������� ��� �����N���� �� ��� �� ��� N������ ������� N��� �

��� ��� ������� �������� �������� [�\ ^� ~�� [N\ {� ~�� [�\ |� ~�$

���$ ^z$ �������� ��� �����N���� �� ��� �� ��� N������ ������� N��� �

��� ��� ������� �������� ������� ��� [�\ ^� ~�� [N\ {� ~�� [�\ |� ~�$

10 kW;�91.3% 30 kW;�91.9% 50 kW;�91.1%

10 kW;�95.7%30 kW;�94.0%

50 kW;�92.7%

��

��

�z

�W

�}

��

| ^| z| {| W| ||

���

����

��

[�

\

��Z�� [~�\

��� ���

������������ [�}�\

<���

������ [|�\

+�����

������ [^��\

�� *+��,

������������ [|��\

<���

������ [^^�\

+�����

������ [{z�\

��� 3+��,������������ [W��\

<���

������ [^}�\

+�����

������ [{��\

��� .+��,

������������ [���\

<���

������ [z�\

+�����

������ [��\

�� *+��,

������������ [���\

<���

������ [��\

+�����

������ [z{�\

��� 3+��,������������ [}��\

<���

������ [^^�\

+�����

������ [z��\

��� .+��,