A High-Frequency Transformer Design with Leakage Integration for Auxiliary Power Supply in Railway Application

Zheqing Li; Feng Jin; Chunyang Zhao; Eric Hsieh; Qiang Li

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저자정보: Zheqing Li (Virginia Polytechnic and State University) Feng Jin (Virginia Polytechnic and State University) Chunyang Zhao (Virginia Polytechnic and State University) Eric Hsieh (Virginia Polytechnic and State University) Qiang Li (Virginia Polytechnic and State University)

저널정보: 전력전자학회 ICPE(ISPE)논문집 ICPE 2023-ECCE Asia

발행연도: 2023.5

수록면: 3,402 - 3,409 (8page)

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DC-DC converters are a critical component for the auxiliary power supplies in railway applications to regulate wide range input voltage. With the power consumption increasing, the momentum toward high-power high-density continues unbated. The key to shrink the converter size is high-frequency operation. The bottleneck is the magnetic component, especially for the high-power converters. With wide-band gap (WBG) devices, frequency can be hundreds of kilohertz level, which can reduce the transformer volume significantly. By adopting the shorting control for gain boost, only a small resonant inductance is required to handle the wide input voltage. The low inductance provides the opportunity to integrate the resonant inductor into the transformer to further reduce the size of magnetic components. In this paper, a novel transformer is proposed with the integration of additional leakage inductor for resonance with evenly distributed core loss, and no sacrifice the winding loss and. A 30-kW 100-kHz prototype with 2.4 kW/L power density is built to verify the feasibility of the proposed transformer, whose peak efficiency reaches 99.2%.

#Magnetic integration #Resonant converter #Transformer design #Wide gain range control

Abstract
I. INTRODUCTION
II. VARIABLE DC-LINK VOLTAGE STRUCTURE WITH WIDE INPUT VOLTAGE REGULATION
III. A HIGH-FREQUENCY TRANSFORMER DESIGN WITH CONTROLLABLE LEAKAGE INTEGRATION
IV. TWO TRANSFORMERS WITH INPUT PARALLEL AND OUTPUT SERIES STRUCTURE AND TRANSFORMER OPTIMIZATION PROCEDURE
V. HARDWARE PROTOTYPE AND EXPERIMENTAL VERIFICATION
VI. CONCLUSIONS
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