Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers (조명전기설비학회논문지)

The Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers (한국조명전기설비학회)
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The Characteristics Analysis and Design of High-Frequency Isolated Type ZVZCS PS-PWM DC-DC Converter with Fuel Cell Generation System

연료전지 발전시스템에 적용된 고주파 절연형 ZVZCS PS-PWM DC-DC 컨버터의 설계 및 특성 해석

  • Published : 2006.05.31
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Abstract

In this paper, the proposed full-bridge high frequency isolated zoo voltage and zero current switching phase shifted pulse width modulation(ZVZCS PS-PWM)DC-DC converter among fuel cell generation system consist of 1.2[kW] fuel cell of Nexa Power Module, full-bridge DC-DC converter to boost the fuel cell low voltage($28{\sim}43[%]$) to 380[VDC] and a single phase full-bridge inverter is implemented to produce AC output(220[VAC], 60[Hz]). A tapped inductor filter with freewheeling diode is newly implemented in the output filter of the proposed full-bridge high frequency isolated ZVZCS PS-PWM DC-DC converter to suppress circulating current under the wide output voltage regulation range, thus to eliminate the switching and transformer turn-on/off over-short voltage or transient phenomena. Besides the efficiency of $93{\sim}97[%]$ is obtained over the wide output voltage regulation ranges and load variations.

본 논문에서는 Ballard사의 1.2[kW]급 연료전지와 연료전지의 저전압($28{\sim}43[VDC]$)을 승압(380([VDC])시키기 위한 풀-브리지 직류-직류 컨버터, 그리고 승압된 직류 링크전압을 교류 전압(220[VAC]), 60[Hz]으로 변환하기 위한 단상 풀-브리지 인버터로 구성된 연료전지 발전용 전력변환시스템 중 풀-브리지 고주파 절연형 영전압 영전류 스위칭 위상 천이 펄스폭 변조 직류-직류 컨버터를 제안하였다. 제안한 풀-브리지 고주파 절연형 영전압 영전류 스위칭 위상 천이 펄스폭 변조 직류-직류는 프리휠링 다이오드를 포함한 탭부 인덕터 필터를 이용하여 순환 전류를 저감시켰으며, 스위치 및 변압기의 턴-온, 턴-오프시에 오버슈트 전압이나 과도현상이 발생하지 않는다. 그리고 넓은 출력 전압 조정에도 효율을 $93{\sim}97[%]$정도 얻을 수 있으며, 출력 부하전류의 변화에 대해 거의 일정한 출력 전압 특성을 가졌다.

Keywords

References

  1. 최세완, '연료전지 발전시스템에서의 전력전자기술', 전 력전자학회지, 제 8권, 제4호, pp. 30-35, 2003
  2. A. B. Stambouli and E. Traversa, 'Fuel cells, an alternative to stansources of energy,' Renewable Sustainable Energy Rev., vol. 6, pp. 297-306, 2002
  3. M. W. Ellis, M. R. Von Spakovsky, and D. J. Nelson, 'Fuel cell systems: Efficient, exible energy conversion for the 21st century,' Proc. IEEE, vol. 89, no. 12, pp. 1808-1818, Dec. 2001
  4. Patterson and D. M. Divan, 'Pseudo-resonant full bridge DC/DC converter', IEEE PESC Record, Vol. 2, pp. 424-430, 1987
  5. J.A. Sabate, B.H. Cho, 'Design considerations for high voltage high-power full-bridge zero-voltage switched PWM converter', Proc. IEEE APEC conf., pp. 275-284, 1990
  6. E.S.Kim, B.D.Yoon, 'An improved soft- switching PWM FB DC/DC converter for reducing conduction losses', IEEE Trans., Vol. 14, No.2, pp. 258-263, 1999
  7. J.G. Cho, J.W. Back, C.Y. Jeong, D.W. Yoo, and K.Y. Joe, 'Novel zero-voltage and zero-current-switching full bridge PWM converter using transformer auxiliary winding', IEEE Trans., Vol. 15, No. 2, pp. 250-257, 2000
  8. S.J. Jeon, G. H. Cho, 'A zero-voltage and zero-current switching full bridge DC-DC converter with transformer isolation', IEEE Trans., Vol. 16, No. 5, pp. 573-580, 2001
  9. S. Moisseev, 宗進耕兒,中岡睦雄, '高周波絶緣形ソフトスイッチングDC-DCコンバ一タのタップ付インダクタ フィルタの最適化設計',平成16年電氣學會全國大會講演 論文集, Vol.4, p113, 2003