MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
■001000017164214
■00520250211152934
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798384476863
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31563107
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621.3
■1001  ▼aJahnes,  Matthew  H.
■24510▼aManhattan  Converter  Family:  Partial  Power  Processing,  Module  Stacking  With  Linear  Complexity,  Efficiency  and  Power  Density,  in  DC  and  AC  Applications
■260    ▼a[Sl]▼bColumbia  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a216  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Preindl,  Matthias.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Columbia  University,  2024.
■520    ▼aA  modularized  three-dimensional  power  electronics  environment  will  become  increasingly  necessary  as  power  converters  are  more  intertwined  with  the  dynamic  desires  of  modern  society.  This  is  driven  by  ever-changing  requirements,  combined  with  the  desire  for  quick  design  cycles,  and  then  further  compounded  by  the  increased  penetration  of  electrified  technologies.  The  high  demand  for  various  power  converters  presents  a  design,  manufacturing,  and  validation  burden  which  can  be  lessened  with  a  three-dimensional  power  electronics  environment,  where  power  converters  of  any  arbitrary  set  of  voltage,  current,  or  quantity  of  independent  input/output  requirements  can  be  assembled  from  a  grouping  of  pre-existing  converter  modules.  This,  however,  has  drawbacks  when  compared  with  bespoke  power  converter  designs.  Modularization  can  be  complex,  lossy,  and  large,  and  the  resulting  converter's  overall  efficiency  and  power  density  will  then  suffer.  To  compensate  for  these  costs  of  modularization,  the  individual  modules  must  be  first  be  power  dense  and  efficient,  and  then  the  framework  for  grouping  modules  together  must  be  simple. This  dissertation  first  proposes  a  high  performance  Power  Conversion  Unit  (PCU)  which  is  achieved  through  a  unique  combination  of  techniques.  The  first  of  these  techniques  is  modification  to  the  ubiquitous  buck  converter  topology  in  a  form  of  an  adjustment  to  its  output  filter.  This  topological  modification  results  in  decreased  current  ripple  handling  requirements  of  the  filter,  which  can  be  used  to  reduce  its  volume.  The  second  topological  technique  is  an  additional  capacitance  placed  across  the  drain-source  terminals  of  each  FET,  which  is  used  to  reduce  their  turn-off  switching  energy  at  the  expense  of  their  turn-on  switching  energy.  A  variable  frequency  soft-switching  scheme  is  utilized  to  prevent  the  converter  from  incurring  turn-on  losses,  and  a  duty  cycle  compensation  scheme  is  developed  to  mitigate  the  distortions  caused  by  this  increased  drain-source  capacitance.  Finally,  a  process  for  balancing  the  PCU  design  parameters  that  results  in  a  Pareto  frontier  of  efficiency-power  density  optimal  points  is  defined,  one  selected,  and  a  prototype  PCU  constructed  and  tested  in  a  three-phase  inverter  configuration. A  framework  for  the  vertical  stacking  of  PCUs  is  then  shown.  This  framework,  named  the  Manhattan  Topology,  is  a  multilevel  power  converter  topology  which  is  defined  by  a  set  of  series  stacked  capacitances  where  there  exists  a  method  to  transfer  power  between  capacitances.  This  framework  has  linear  complexity  and  switching  device  stress  scaling  with  the  number  of  levels,  which  yields  a  simple  methodology  for  grouping  modules  together  in  the  vertical  dimension.  Furthermore,  it  exhibits  Partial  Power  Processing  (PPP)  characteristics  as  the  power  processed  internally  to  the  overall  converter  is  less  than  its  output  power.  This  framework  is  validated  for  both  DC/DC  and  AC/DC  applications  and  control  and  conversion  of  voltages  greater  than  the  rating  of  any  individual  component  within  the  converter  is  experimentally  demonstrated.  Lastly,  another  three-phase  inverter  is  built  using  this  topological  framework  and  the  performance  of  this  vertically-modularized  inverter  is  compared  with  the  non-modularized  inverter.  It  is  shown  that  the  three-dimensional  modular  power  electronics  environment  with  optimized  PCUs,  despite  the  costs  of  modularization,  is  still  performance-competitive  with  the  non-modular  power  electronics  environment.
■590    ▼aSchool  code:  0054.
■650  4▼aElectrical  engineering
■650  4▼aComputer  science
■650  4▼aSystems  science
■653    ▼aMultilevel  power  converter  
■653    ▼aPower  electronics
■653    ▼aElectrified  technologies
■653    ▼aPower  Conversion  Unit  
■653    ▼aDrain-source  capacitance
■690    ▼a0544
■690    ▼a0984
■690    ▼a0790
■71020▼aColumbia  University▼bElectrical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-04B.
■790    ▼a0054
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17164214▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books