본 논문은 높은 시스템 안정성과 고 효율이 요구되는 배터리 충전용 DC/DC 컨버터에 적용할 수 있는 새로운 토폴로지를 제안한다. 기존의 대용량 배터리 충전용 DC/DC 컨버터로 널리 사용되는 위상천이 풀 브리지 컨버터 (Phase-Shifted Full-Bridge Converter)의 경우 1차 측스위치의 영전압 스위칭을 가능케 하여 높을 효율을 얻을 수 있다. 하지만 배터리 충전과 같이 출력 전압의 변동이 있는 경우 듀티 변화에 따른 freewheeling 구간이 존재하게 되고 이는 시스템의 효율을 감소시키는 원인으로 작용한다. 제안하는 컨버터의 경우 기존의 위상천이 풀브리지 회로를 기반으로 하되 1차 측에 하프 브리지 형태의 인버터를 추가하여 freewheeling 구간에서의 도통 손실을 제거할 뿐만 아니라 영전압-영전류 스위칭으로 시스템의 안정성을 높였다. 본 논문에서는 제안된 회로의 구조 및 동작원리를 설명하고 1.6kW 급 (Vo=140V~200V) 전기자동차용 배터리 충전기 스펙에 맞춰 프로토 타입을 제작하고 실험 결과를 통해 제안된 회로의 동작 특성 및 타당성을 검증한다.
본 논문에서는 출력 인덕터 리플과 2차 측 정류기의 공진 전압을 저감할 수 있는 다중 위상천이 풀 브리지 컨버터를 제안한다. 제안된 회로는 총 8개의 스위치가 사용되며, 각 4개의 스위치가 하나의 위상천이 풀 브리지 인버터 부를 구성하는 구조이다. 기존 위상천이 풀 브리지 컨버터의 경우, 진상레그와 지상레그의 위상차이를 조절하여 출력전압을 제어하는데 반해, 제안된 회로는 진상레그와 지상레그의 위상차이 뿐만 아니라 각 풀 브리지 인버터 부의 위상차이를 동시에 조절하여 출력전압을 제어하는 것이 특징이다. 이를 통하여 제안회로는 출력 인덕터 전류 리플 및 2차 측정류기의 공진 전압을 크게 저감시킬 수 있어 고 효율화에 유리하다. 본 논문에서는 제안된 회로의 이론적 해석 및 PSIM 모의실험을 수행하며, 450W급 시작품을 제작하여 제안회로의 타당성을 검증하였다.
본 논문에서는 전기자동차 탑재형 대용량 배터리 충전기를 위한 위상 변조되면서 제어되는 듀얼 풀 브리지 컨버터에 대한 연구결과를 발표한다. 제안되는 위상 변조 듀얼 풀 브리지 컨버터는 기존 대용량 풀 브리지 컨버터에 비해 약 50%이상 도통 손실이 개선되며, 변압기 이차측 정류단 전압스트레스 또한 크게 개선되는 이점을 갖고 있다. 더불어 배터리가 충전되는 전부하 구간에서 일차측 전력반도체스위치의 영전압 스위칭이 보장되며, 출력 필터 인덕터 사이즈 또한 크게 작아지는 장점도 갖고 있다. 논문에서는 제안 회로와 그 분석 결과가 발표되어 지고, 그 가능성은 6.6 kW급 배터리 충전기 시뮬레이션 결과로부터 확인되어진다.
본 연구에서는 회로평균화 기법을 이용한 풀 브리지 컨버터의 회로모델을 제안하였다. 제안한 모델은 회로의 물리적 성격을 충분히 알 수 있으므로 대용램의 DC-DC 컨버터에 많이 사용되는 풀 브리지컨버터의 해석과 설계에 쉽게 적용할 수 있다. 제안한 모델을 적용하여 풀 브리지 컨버터의 안정도해석올 시뮬레이션을 통하여 수행하고, 부하의 변동이 단락에서 개방까지 극심한 아크 용접기의 주회로 설계에 적용히여 설치의 용접을 통하여 안정한 동작이 가능함을 확인하였다.
본 논문은 램프 점등을 위한 공진회로와 정상상태에서의 저주파수 구형파(low frequency square-wave) 인버터 전류 제어를 실현하는 HID 전자식 안정기에 풀브리지 인버터(FB)와 LC 필터를 제안한다. 점등은 LC필터의 공진주파수에서 풀브리지 인버터 제어에 의한 공진에 의해서 이루어지고, 점등 후에 회로는 풀브리지 제어에 의해 벅컨버터 저주파수 구형파 인버터로 동작한다. 점등이 일어나는 동안의 LC필터의 공진주파수는 ($f_o$=120kHz)이고, 고조파를 감소시키고 음향공명현상을 피하기 위한 벅컨버터스위칭 주파수($f_{sw}$=50kHz)를 선택하였다.
본 논문에서는 풀브리지 인버터를 사용한 100[W] 고압 나트륨램프용 타려식 전자식 안정기를 설계하였다. L-C 병렬 풀브리지 회로에 대한 P-SPICE 시뮬레이션도 수행하였다 제안된 등가 L-C 병렬공진 탱크 회로에서의 인덕터와 커패시터의 값을 이론적으로 계산하였다. 그리고 계산 결과를 검증하기 위하여 설계에 따른 전자식 안정기를 제작하였다. 실측한 안정기의 제반 특성은 시뮬레이션 결과와 대단히 유사하였다.
본 논문에서는 저전압 대전류 출력 구조에 적합한 병렬 운전형 풀브리지 컨버터의 구조 및 운전기법에 대하여 제안하였다. 제안된 회로에서는 6개의 스위치 및 위상각을 이용하여 풀브리지 컨버터 두 모듈의 병렬 운전이 가능하다. 2kW급 하드웨어를 통하여 제안된 회로의 기본 동작원리 및 실험결과를 기술하였다.
본 논문에서는 전동지게차용 납축전지의 충전을 위해 위상천이 풀브리지 컨버터를 이용한 충전기의 설계 및 제작에 관하여 기술한다. 배터리는 저항부하와 달리 큰 커패시턴스 성분을 가지고 있어 컨버터의 리플 전류를 모두 흡수하게 되며, 이로 인해 시스템 효율 및 축전지 수명에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있다. 본 연구에서는 2차측에 Current Doubler를 가진 위상천이 풀브리지 컨버터를 적용함으로써 변압기 전류 및 리플 전류의 크기를 감소시켰다. 또한, 배터리 임피던스를 고려한 제어기 설계 모델을 제시하고 제어기를 설계하여, 실제 배터리를 대상으로 한 정전류 및 정전압 제어를 통해 충전기 시스템의 성능 및 안정성을 검증하였다.
본 논문은 새로운 스탠바이 컨버터를 제안한다. 제안하는 스탠바이 컨버터는 영전압 스위칭 다중출력 풀브리지 컨버터에 통합된 구조로서, 스탠바이 시에는 스탠바이 파워를 기존의 플라이백 컨버터로 공급하고, 노멀 모드시에는 다중 출력 풀브리지의 보조 출력이 스탠바이 출력으로 사용된다. 이로써 노멀 모드시에 스탠바이 출력에서 발생되는 손실을 줄임으로써 전체적인 효율, 특히 낮은 부하에서의 효율 개선을 할 수 있게 된다. 제안하는 회로는 12V/58A의 DC/DC 출력과 5V/3.2A의 스탠바이 출력 스펙을 통해 검증한다.
절연형 전력변환기에서 사용되는 고주파 변압기는 반도체 소자의 스위칭 시간, 전압 강하, 게이트 신호의 불균형 등으로 인해 변압기의 양과 음의 전압-시간(volt-second)에 차이가 발생할 수 있다. 본 논문은 절연형 풀브리지 타입 전력변환기에서 DC 성분에 의한 변압기 코어의 포화문제를 방지하기 위해 사용되는 DC 블로킹 캐패시터(DC blocking capacitor)의 설계 방법에 대해 분석하고 실험을 통해 증명한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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