저궤도 인공위성에 사용되는 태양전력 조절기는 태양전지의 영향으로 일반적인 DC-DC 컨버터와는 다른 소신호 특성을 갖는다. 이로 인하여 벅-부스트 형 태양전력 조절기는 태양전지의 전류원 영역에서 평균전류모드제어가 불가능하다. 이 논문에서는 벅-부스트 형 태양전력 조절기를 의사-연속전류모드로 동작시켜 태양전지의 전 영역에서 태양전력조절기를 평균전류모드 단일 제어한다. 우선 의사-연속전류모드 벅-부스트 형 태양전력 조절기의 회로 동작을 설명하고, 소신호 전달함수를 구하고 이를 바탕으로 평균전류모드제어기를 구성한다. 최종적으로 모의실험을 통하여 의사-연속전류모드 벅-부스트 형 태양전력 조절기의 평균모드제어를 검증한다.
전류모드제어의 널리 알려진 두가지 연속시간모델이 소신호 예측에서 현저한 차이점을 보인다 따라서, 소신호에서의 불일치의 원인을 명백하게 하려고 한다. 본 논문에서는 전류모드제어를 위한 연속시간모델을 유도하는 다른 방안을 제시한다. 본 논문에서 제안한 전류모드제어모델과 기존의 전류모드제어모델과 모델링 방법의 차이점을 제시하고, 제안된 연속시간모델에 대한 타당성을 검증하기 위해 하드웨어실험과 PWM 블록의 모델에 샘플링효과를 포함하는 알고리즘을 제안하고, 전류루프이득을 시뮬레이션과 하드웨어 실험 결과와 비교, 검토하였다.
본 논문에서는 평균전류모드제어를 이용하는 컨버터의 연속시간 소신호 모델을 구한다. 평균전류모드제어에 일반적으로 사용되는 보상기를 적용한 컨버터의 해석을 위해 샘플러를 전류루프에 포함시켜 해석한다. 기존 모델에서는 정확히 해석하기 어려웠던 전류루프 이득의 고주파 영역 해석이 제안한 모델을 이용함으로 쉽게 해결할 수 있으며, 시스템의 안정성을 결정하는 고주파 영역에서의 주파수 응답 특성을 제안한 모델이 우수한 성능으로 예측 가능함을 보인다. 이를 위해 평균전류모드제어에서 전류루프에 샘플러가 포함된 모델을 제시하고 이 샘플러에 대한 연속시간 모델을 구하여 평균전류모드제어의 연속시간 모델을 구한다. 제안한 새로운 연속시간 소신호 모델을 이용한 예측 결과를 스위칭 모델 시뮬레이션 프로그램인 PSIM을 이용한 시뮬레이션 결과 및 실험결과와 비교하여 제안한 새로운 연속시간 소신호 모델의 우수성을 확인한다
Totem-pole 역률 보상 회로는 스위치 body diode의 reverse-recovery 문제로 인해 전류 불연속 모드 혹은 임계 도통 모드로 동작 시키는 것이 일반적이다. 본 논문에서는 전류 연속 모드로 동작이 가능한 새로운 interleaved totem-pole 역률 보상 회로를 제안한다. 제안하는 interleaved totem-pole 역률 보상 회로는 각 스위치 leg 사이에 보조 인덕터를 연결함으로써 스위칭 시에 body diode에 흐르는 전류를 없애 전류 연속모드로 동작이 가능하다. 또한 보조 인덕터로 인해 스위치의 영 전압 스위칭도 가능하게 된다. 제안하는 interleaved totem-pole 역률 보상 회로는 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
토템폴 구조는 브리지리스 부스트 역률보상회로 중에서도 저손실, 고효율, 저비용 그리고 낮은 전도 EMI의 특징으로 인해 많이 사용된다. 토템폴 구조의 역률보상 회로는 내부 다이오드의 역회복 문제로 인해 Si MOSFET을 이용한 전류연속모드 구동할 수 없어 전류 불연속 모드 혹은 임계 도통 모드로 동작시키는 것이 통상적이다. 본 논문에서는 역회복 문제를 해결해 전류연속모드 구동하기 위해 기존 Si MOSFET보다 낮은 역회복 전하(Qrr)와 역회복 시간(Trr)를 가지는 SiC MOSFET을 이용하여 토템폴 역률 보상 회로를 구현하고 이를 시뮬레이션과 실험을 통해 검증했다.
저전압 아날로그 전류모드 능동필터의 기본블럭으로 응용될 수 있는 새로운 구조를 갖는 연속시간 전류모드 적분기를 제안한다. 제안된 전류모드 적분기를 Zele등이 설계한 기존 전류모드 적분기와 비교하여, 단위이득 주파수, 부하구동능력 및 소비전력이 개선될 수 있음을 소신호 해석 및 시뮬레이션을 통하여 입증하였다. 제안된 전류 모드 적분기를 이용하여 전류모드 3차 저역 능동필터를 설계하고, 설계된 능동필터를 ORBIT사의 $1.2{\mu}{\textrm{m}}$ double-poly double-metal CMOS n-well 공정을 이용하여 칩으로 제작하였다. 제작된 전류모드 능동필터의 측정결과, 단일 3.3V의 공급전압을 인가시 44.5MHz의 -3dB 차단주파수와 3.3mW의 소비전력 특성을 나타내었으며, 필터의 전체 칩면적은 $0.12mm^2$ 였다.
본 논문에서는 평균전류모드제어를 이용하는 컨버터의 연속시간 소신호 모델을 구한다. 평균전류모드제어에 일반적으로 사용되는 보상기를 적용한 컨버터의 해석을 위해 샘플러를 전류루프에 포함시켜 해석한다. 기존 모델에서는 정확히 해석하기 어려웠던 전류루프 이득의 고주파 영역 해석이 제안한 모델을 이용함으로써 쉽게 해결할 수 있으며, 시스템의 안정성을 결정하는 고주파 영역에서의 주파수 응답 특성을 제안한 모델이 우수한 성능으로 예측 가능함을 보인다.
상태 공간 평균화 모델은 강압형, 승압형 및 승 강압형 DC/DC 컨버터에 적용이 가능하며, 특별한 계산이 필요 없는 높은 정밀도가 증명된 모델이다. 이러한 모델은 전류연속모드(CCM) DC/DC 컨버터에서 확립되었으며, 본 논문에서는 컨버터의 전류연속모드(CCM) 모델로부터 의미 있는 결론을 유도하고자 한다. 본 논문에서는 스위치 평균모델을 이용한 DC/ DC 컨버터의 전류불연속모드(DCM) 모델링 및 임계특성에 관하여 논하였다. 스위치 평균 모델은 전류연속모드(CCM)와 전류불연속모드(DCM) 사이의 DC/DC 컨버터의 경계 조건에 대한 모델로부터 유추할 수 있으며, 시뮬레이션과 실험에 의해서 스위치의 평균 모델의 주파수 응답 특성을 예측할 수 있었다. 본 연구에서는 MOSFET를 사용하여 입력전압 15[V], 출력전압 24[V], 출력전력 24[W]급 시스템을 제작하여 실험하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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