본 논문에서는 출력 LED 전류의 120Hz 저주파 리플 저감을 위한 새로운 방식의 역률개선 LED 구동 회로를 제안한다. 제안된 회로는 역률개선용 플라이백 컨버터의 출력이 LED 구동을 위한 부스트 컨버터의 입력이 되는 구조로 높은 역률 보상과 출력 LED 전류의 120Hz 리플 저감이 가능하고, 기존에 비해 저 내압 및 저 용량의 부피가 작은 링크 캐패시터를 사용 할 수 있는 장점이 있다. 또한 제안 회로는 전력평형 만족을 위해 하나의 PWM IC 만으로 플라이백 컨버터와 부스트 컨버터를 각각 DCM 및 BCM모드로 제어하여 스위치 및 다이오드의 전류 스트레스 저감이 가능한 장점이 있다. 최종적으로 시작품을 제작하여 고찰된 실험결과를 제시하여, 제안 회로의 우수성과 이론적 분석의 타당성을 검증한다.
긴 수명과 높은 효율로 차세대 조명기구로 사용되는 LED를 구동하기 위하여, 일반적으로 역률 보정을 위한 PFC 단과 출력 조절을 위한 DC/DC 단이 직렬로 연결된 구조를 사용하게 된다. 이때 PFC 과정에서 DC 링크 전압이 120Hz 전압 맥동을 갖게 되는데, 이는 DC/DC 단에도 영향을 주며 최종 출력전류 역시 120Hz 저주파 맥동을 갖게 된다. 본 논문은 LED 조명용 LLC 공진 컨버터의 120Hz 저주파 맥동 전류 리플을 저감 방법에 관한 연구이다. 기존 제어기에 전류 리플을 보상하여 제어하는 방법에 대하여 설명하고 시뮬레이션을 통해 이를 확인한다.
The PV module of solar power systems requires maximum power point tracking (MPPT) technique because the power-voltage and current-voltage characteristics vary depending on the surrounding environment. In addition, the 120 Hz ripple voltage on the DC-Link is caused by the imbalance of the system voltage and current. The effect of this 120 Hz ripple voltage reduces the efficiency of the power generation system by increasing the output current distortion rate. Increasing the capacity of DC-Link can reduce the 120 Hz ripple voltage, but this method is inefficient in price and size. We propose a technique that detects 120 Hz ripple voltage and reduces the effect of ripple voltage without increasing the DC-Link capacity through a controller. The proposed technique was verified through simulations and experiments using a 1 kW single-phase solar power system. In addition, the proposed technique's feasibility was demonstrated by reducing the distortion rate of the output current.
최근 환경오염과 화석연료 고갈 때문에 신재생에너지원의 효율적인 활용은 중요한 화두가 되고있다. 신재생에너지를 효율적으로 사용하기 위한 PCS(Power Conditioning System)에서 인버터 동작에 의한 120Hz 리플은 신재생 에너지원을 효율적으로 사용하기위한 MPPT(Maximum Power Point Tracking)에 영향을 준다. 본 논문은 태양광 PCS 설계할 때 인버터 출력전류에 의하여 발생되는 태양광패널 전압리플을 저감하기 위하여 부스트 컨버터의 제어기 설계방법을 제안하고자 한다. 제안된 방법을 통하여 태양광 전압의 전압리플을 제거하여 원활한 MPPT 동작을 할 수 있게 만든다. 제안된 방법을 설명하고 이의 타당성을 증명하기 위하여 PSIM과 MATLAB simulation을 검증하였다.
본 논문에서는 유사 DC-Link 타입의 태양광 마이크로 인버터에서 요구되는 대용량의 전해 커패시터의 단점을 지적하고 이를 제거하기 위해 shunt 방식으로 연결되는 양방향 벅-부스트 컨버터 제어방법을 제안한다. 태양광 마이크로 인버터는 동작 특성상 PV 입력단에 120Hz 리플이 존재하지만 대용량의 전해 커패시터를 적용함으로써 리플을 제거할 수 있다. 하지만 전해 커패시터의 짧은 수명이 전체 시스템의 신뢰성을 저하시키기 때문에 이를 극복하기 위한 부가적인 회로가 필요하다. 본 논문에서는 제안한 1차측의 플라이백 스위치 전류 제어기의 레퍼런스를 공유함으로써 전류 센서수를 감소시키고 PV 입력단 Capacitance를 낮출 수 있는 양방향 벅-부스트 회로의 제어기를 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
독립형 연료전지 전력변환 시스템에서 인버터는 출력주파수의 2배 성분의 리플을 가지고 있기 때문에 직류버스 전압에도 이 주파수 성분이 존재하게 된다. 이 리플 전류는 연료전지의 수명과 효율을 저하시키므로 제어기를 통해 줄여야 한다. 최근 특성비 지정법을 이용하여 해석적으로 기어기를 설계하는 방법이 제안되었다. 해석적인 방법으로 연료전지 인버터의 제어기를 설계한다. 이 제어기는 부하 변동에 대해서 응답속도가 빠르며 120 Hz 리플에 강인함을 확인한다.
A single-phase PVPCS(photovoltaic power conditioning system) that contains a single phase dc-ac inverter tends to draw an ac ripple current at twice the out frequency. Such a ripple current may shorten passive elements life span and worsen output current THD. As a result, it may reduce the efficiency of the whole PVPCS system. In this paper, the ripple current propagation is analyzed, and two methods to reduce the ripple current are proposed. Firslyt, this paper presents notch filter with IP voltage controller to reject specific current ripple in single-phase PVPCS. The notch filter can be designed that suppress just only specific frequency component and no phase delay. The proposed notch filter can suppress output command signal in the ripple bandwidth for reducing output current THD. Secondly, for reducing specific current ripple, the other method is feed-forward compensation to incorporate a current control loop in the dc-dc converter. The proposed notch filter and feed-forward compensation method have been verified with computer simulation and simulation results obtained demonstrate the validity of the proposed control scheme.
As a fuel cell converts the chemical energy of the fuel cell into electrical energy by electrochemical reaction, the fuel cell system is uniquely integrated technique including fuel processor, fuel cell stack, power conditioning system. The residential fuel cell-PCS(Power Conditioning System) needs to convert efficiently the DC current produced by the fuel cell into AC current using single-phase DC-AC inverter. A single-phase DC-AC inverter has naturally low frequency ripple which is twice frequency of the output current. This low frequency(120Hz) ripple reduces the efficiency of the fuel cell. This paper presents notch filter with IP voltage controller to reject specific 120Hz current ripple in single-phase inverter. The notch filter is designed that suppress just only specific frequency component and no phase delay. Finally, the proposed notch filter design method has been verified with computer simulation and experimentation.
Recently, the LED(Light Emitting Diode) is expected to replace conventional lamps including incandescent, halogen and fluorescent lamps for some general illumination application, due to some obvious features such as high luminous efficiency, safety, long life, environment-friendly characteristics and so on. To drive the LED, a single stage PFC(Power Factor Correction) flyback converter has been adopted to satisfy the isolation, PFC and low cost. The conventional flyback LED driver has the serious disadvantage of high 120Hz output current ripple caused by the PFC operation. To overcome this drawback, a new PFC flyback with low 120Hz output current ripple is proposed in this paper. It is composed of 2 power stages, the DCM(Discontinuous Conduction Mode) flyback converter for PFC and BCM(Boundary Conduction Mode) boost converter for tightly regulated LED current. Since the link capacitor is located in the secondary side, its voltage stress is small. Moreover, since the driver is composed of 2 power stages, small output filter and link capacitor can be used. Especially, since the flyback is operated at DCM, the PFC can be automatically obtained and thus, an additional PFC IC is not necessary. Therefore, only one control IC for BCM boost converter is required. To confirm the validity of the proposed converter, theoretical analysis and experimental results from a prototype of 24W LED driver are presented.
본 논문은 부하가 불평형인 경우에 능동필터의 제어를 수행하였다. 불평형 부하는 역상분 전류성분을 발생시키고 이것은 인버터의 직류단에 120Hz 전압리플을 발생시키게 된다. 그리고 인버터가 역상분까지 보상하게 되므로 전력용 반도체의 정격용량이 커져야 하는 문제점을 발생시킨다. 이런 문제를 해결하기 위해 동기좌표계에서 역상분 성분의 분리를 수행하였고, 이 성분을 전원측으로 흐르게 제어를 하였다. 이것의 타당성은 실험을 통해 검증되었다. 실험은 10kVA 정격의 병력형 능동필터로 구현되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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