고 승압 플라이백 컨버터를 설계하여 제작, 사용할 때 고주파수의 스위칭시 스위칭 소자의 보호를 위해 스너버 회로를 사용하게 된다. 본 논문에서는 고 승압 플라이백 컨버터의 스위칭 소자에서 R-C 스너버 회로가 미치는 영향에 대해 직접 실험하여 스너버 회로가 스위칭 소자와 스위칭 신호에 미치는 영향을 확인하고 실험을 통해 얻은 스너버 회로 파라미터값과 계산결과를 비교한다.
최근 휴대용 어댑터의 동향은 고주파수 전력 컨버터 설계를 통한 어댑터의 고효율화 및 소형화의 중요성을 강조하고 있다. 그러나 기존 준공진형(Quasi Resonant, QR) 플라이백 컨버터는 하드 스위칭 동작으로 고주파수 구동에 한계가 있으며, 누설 인덕턴스 에너지에 의한 손실로 인해 고효율을 달성하기가 어렵다. 반면, 능동 클램프 플라이백(Active Clamp Flyback, ACF) 컨버터는 ZVS(Zero Voltage Switching) 동작을 하여 고주파수 구동에 유리하고, 누설 인덕턴스 에너지를 입력으로 회기 시킴으로써 손실을 저감할 수 있다. 또한, 경계전류모드(Boundary Conduction Mode, BCM) 동작에서의 손실분석을 기반으로, 반도체 특성이 우수하여 고주파수 동작에 유리한 GaN-FET를 적용하고 최적 설계를 진행함으로써 고효율 및 고전력밀도를 달성하였다. 따라서 본 논문에서는 GaN-FET를 기반으로 하는 고효율 및 고전력밀도 BCM ACF 컨버터의 최적 설계 방안을 제시하고 65W급 시작품의 실험결과를 통해 이를 검증한다.
본 논문에서는 연료전지용 전력변환 장치에서 높은 승압비를 구현하기 위하여 절연형 풀브릿지 컨버터의 고주파 변압기 2차측을 직렬로 연결한 새로운 DC/DC 컨버터와 이에 적합한 가변 위상변위 스위칭 방식을 제안하였다. 제안된 컨버터는 기존 방식에 비해 정류부와 필터부의 일원화가 가능한 구조로 출력레벨의 증가를 위해 컨버터의 수를 증가 하더라도, 수동소자의 수를 대폭 줄일 수 있다. 제안된 직렬 방식의 컨버터의 출력전압은 기존의 일정위상변위 스위칭 방식으로는 극성이 반대로 되는 구간이 발생하므로, 제안된 전력변환기에 적합한 간단한 가변 위상 변위 스위칭 방식을 적용함으로써, 출력전압의 감소문제를 해결하였으며, 시뮬레이션과 실험을 통하여 제안된 방식의 타당성을 검증하였다.
본 논문은 저전압 대전류의 신재생 에너지원을 고전압 저전류 계통에 연계하기 위하여 제안되었던 기존의 출력 직력형 고승압 직류-직류 포워드 플라이백 컨버터에 소프트 스위칭 기법을 적용하여 효율을 향상시킨 전력변환기 회로를 제안한다. 제안된 컨버터는 기존의 하드 스위칭 방식에 비하여 고승압, 고주파 스위칭 동작에도 불구하고 효율이 우수한 장점을 지니고 있다. 소프트 스위칭을 유지하기 위하여 스위칭 주파수는 가변되는 특징이 있다. 제안된 회로의 동작원리를 설명하고 시뮬레이션으로 확인한 후 50[W]급 하드웨어 프로토 타입을 이용하여 검증하였다.
절연이 필요하지 않은 응용에서 낮은 전압을 높은 전압으로 승압시키기 위해 무변압기형 고승압 부스트 컨버터가 제안되었다.[1] 이 컨버터는 변압기 없이 6~8배의 실제 승압비를 가지며, 인터리빙 동작으로 입력전류 및 출력전압 리플이 작아지는 장점이 있어 연료전지 응용에 적합하다. 본 논문에서는 기존에 제안된 고승압 무변압기형 부스트 컨버터에 DCM 방식의 영 전압 스위칭을 적용하여 인덕터의 부피를 줄이고 스위치의 턴 온손실과 EMI를 저감하여 고주파의 응용에 적합하도록 하였다. 제안된 컨버터의 영 전압 스위칭의 동작모드 분석을 통해 원리분석을 행하였으며, 실험 및 기존 컨버터와 효율비교를 통하여 타당성을 검증하였다.
본 논문에서는 전기자동차용 충전기를 위한 단일단 소프트스위칭 AC-DC 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 두 대의 인터리빙 컨버터에 저손실 스위칭기법을 적용하여 변압기의 저주파 성분을 제거하여 코어부피를 최적화할 수 있을 뿐만 아니라 스위치의 도통손실 및 스위칭 손실을 감소시킬 수 있다. 또한 배터리에 저주파 리플이 허용되는 경우에는 필름 커패시터만을 사용하여 정현파 충전을 함으로써 시스템의 높은 내구성 및 소형화를 달성 할 수 있다. 3.3kW급 시작품을 통해 본 논문의 타당성을 검증하였다.
본 논문에서는 연료전지와 같은 신재생에너지원을 상용전환으로 변환시 낮은 직류전압을 높은 직류 전압으로 변환하는 승압형 DC/DC 컨버터의 고효율화 방안을 다룬다. 하드스위칭 컨버터의 경우, 스위치 소자의 병렬수 변화와 인덕터의 재질 변화, 쇼트키 다이오드의 사용으로 고효율화를 꾀한다. 소프트 스위칭 컨버터의 스위치에서 발생하는 손실을 스위칭 주파수와 공진주파수의 비로 수식적으로 해석하고자한다.
본 논문에서는 FB ZVT PWM DC-DC 컨버터에서 영전압 스위칭에 도달하기 위해 두 개의 보조 스위치 대신에 가포화 인덕터를 사용한다. 기존의 고주파 위상 변위 FB ZVT PWM DC-DC 컨버터는 프리휠링 주기동안 고주파 변압기와 스위칭 소자를 통해 흐르는 순환전류를 갖으며, 이러한 순환전류로 인해 컨버터의 도전손실이 증가한다. 이러한 손실을 줄이기 위해 변압기의 2차측에 도전손실저감회로를 제안한다. 컨버터의 동작원리를 자세하게 설명하고 제안된 회로를 시뮬레이션과 실험을 통해 검증하였다.
기술이 발전함에 따라 전력변환기의 소형화 고효율화가 요구되어지고, 이를 위해 고주파 스위칭 전력변환기가 필요로 하게 된다. 하지만 스위칭 주파수와 비례적으로 스위칭 손실이 증가하기 때문에 시스템의 효율이 감소한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 DCM방식이나 공진을 이용한 ZVZCS(Zero-Voltage Zero-Currrent) 컨버터가 제안되고 있으나 소자의 정격용량이 커지는 단점을 갖는다. 또한 ZVT(Zero-Voltage Transition)를 포함한 소프트 스위칭 기법을 적용하는 다양한 컨버터가 제안되고 있으나 공진전류의 첨두에서 보조스위치가 스위칭을 하게 되어 보조스위치 스위칭 손실이 큰 단점이 있다. 본 논문에서는 변압기로 공진인덕터의 전압을 제한시켜 보조 스위치가 영전압/영전류 스위칭을 하게 함으로서 스위칭 손실을 발생시키지 않는 소프트 스위칭 구조를 제안한다.
전류모드 제어시 전류루프에는 표본화 효과에 의해 저주파 모델로는 예측하기 어려운 고주파 성분이 존재한다. 본 논문에서는 영전압 스위칭 하프 브리지 컨버터의 정상상태에서의 출력전압 관계식을 구한다 또 이를 바탕으로 전류모드로 제어할 때 전류루프에 존재하는 표본화 효과를 고려하여 저주파 소신호 모델이 예측하기 어려운 고주파 성분의 특성을 표본화 이득을 통하여 더욱 정확히 예측할 수 있는 방법을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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