일반적으로 스텝 업(Step-up) 컨버터는 Boost 컨버터, Buck-Boost 컨버터, Flyback 컨버터, Push-Pull 컨버터 등 다양하며 이 중에서 Boost 컨버터는 매우 간단한 형태로 가장 널리 사용되는 스텝 업(Step-up) 컨버터이다. 하지만, Boost 컨버터는 DCM 동작, 큰 리플 문제 및 RHPZ 문제 등을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 Topology를 적용한 컨버터들이 제시되었는데 그 중 KY 컨버터는 Boost 컨버터의 DCM 동작, 큰 리플 문제 및 RHPZ 문제 등을 개선하였다. 그러나 기존의 KY 컨버터는 Boost 컨버터보다 전압 이득이 상대적으로 낮은 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 기존의 KY 컨버터의 장점이 있으면서 낮은 전압 이득 문제를 해결한 새로운 Topology의 KY 컨버터를 제안하였다.
본 논문에서는 고승압이 가능한 2-Stage Boost 컨버터의 최대효율 운전을 위한 손실 분석을 수행한다. 2-Stage Boost 컨버터의 최대효율 지점 추정을 위해 앞단 Boost 컨버터의 출력 전압인 Vmid의 변동에 따른 2-Stage Boost 컨버터의 상세한 손실을 분석하며, 손실이 가장 적은 Vmid지점을 도출하였으며 실험을 통해 검증한다.
무선전력전송은 특성상 수신부에 수신되는 전압이 일정하지 않기 때문에 수신부에 넓은 입력 범위를 갖는 정전압 컨버터가 요구된다. 그 중 Buck-Boost 컨버터는 넓은 입력 범위를 갖기 때문에 무선전력전송 수신부의 정전압 컨버터로 많이 사용 되었다, 본 논문에서는 기존의 Buck-Boost 컨버터의 효율 향상을 위해 Synchronous Buck-Boost 컨버터를 제안하고 시뮬레이션을 통해 두 컨버터를 비교하여 개선된 결과를 확인하였다.
본 논문에서는 Boost 컨버터와 Forward 컨버터를 조합한 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 시스템 구성상 다수의 독립된 전원을 요구하는 Cascaded H-bridge 멀티레벨인버터와 같은 회로구조에 있어 다수의 독립전원의 확보가 곤란한 경우 단일 입력 전원단으로 시스템을 구성할 수 있는 특징을 가진다. Boost 컨버터의 입력 인덕터는 변압기로 대체되며 컨버터 스위치의 ON 동작시 변압기 일차측 자화인덕턴스에 저장된 에너지가 변압기 이차측과 비절연된 Boost 컨버터의 출력 커패시터로 전달된다. 제안된 컨버터의 동작 모드에 따른 이론적 분석을 시행하고 시뮬레이션을 통해 타당성을 검증한다.
본 논문에서는 MCU(ATtiny 43U)에 내장된 Boost 컨버터를 이용하여 열전에너지를 수확하고, 프로그램을 기동하는 방안을 제안한다. ATtiny 43U에 내장된 Boost 컨버터는 1~3[V] 입력전압을 직류 3[V]로 승압하여 ATtiny 43U를 정상적으로 동작시킨다. ATtiny 43U의 Boost 컨버터와 열전소자를 활용하여 에너지 수확 시스템을 구성하고 배터리의 필요성을 제거하였으며, 지능형 에너지 수확 시스템을 구성하였다.
일반적인 boost PFC 컨버터는 한 개의 스위칭 소자를 사용하고 구조가 간단하지만 높은 도통손실과 스위칭 손실 때문에 낮은 효율을 갖는다. bridgeless boost PFC 컨버터는 일반적인 boost PFC 에 비해 낮은 손실을 갖는 이점이 있다. 또한 컨버터의 동작 모드 중 CRM 방식은 낮은 스위칭 손실을 갖는 이 점이 있다. 본 논문에서는 이러한 CRM 모드로 동작하는 bridgeless boost PFC 컨버터를 해석하는 경우 기존의 방법으로 해석하여 구현하면 주파수가 커지는 영역에서 오차가 커지게 된다. 따라서 본 논문에서는 반도체 스위치의 기생 커패시터를 추가하여 해석하는 것을 제안하였다.
본 논문에서는 능동 클램프 풀브릿지 Boost 컨버터에 관한 DC 모델링과 AC 모델링 과정에 대하여 기술한다. 동작 원리로부터 이 컨버터의 교류 부분을 등가의 직류 부분으로 바꾸고 반도체 스위치를 재배치하여 개념적인 등가 회로가 유도된다. 유도된 등가회로는 CCM(Continuous conduction mode) Boost 컨버터와 DCM(Discontinuous conduction mode) Buck 컨버터로 표현된다. 유도된 등가회로의 각 스위치 부분을 PWM 스위치 모델로 대체하여 DC 모델 및 AC 모델이 완성된다. 이론적인 DC 및 AC 모델링 결과는 실험이나 SIMPLIS 시뮬레이션을 통해 검증된다.
본 논문에서는 두 개의 무손실 스너버 셀을 제안하여 고주파에서 동작할 수 있는 컨버터를 일반화하였다. 컨버터 구현 시 스너버 셀의 선택은 컨버터 구조에 따라서 결정된다. 스너버 셀의 구성은 한 개의 포화 인덕터와 LC 공진회로, 두 개의 다이오드로 구성된다. 인덕터는 컨버터 주 다이오드의 역회복 손실을 저감시키는 역할을 하는데 포화 인덕터를 사용하면 셀 내의 공진 에너지를 감소시켜 컨버터가 고주파에서 동작될 수 있는 특성을 갖는다. 컨버터의 일반화는 무손실 스너버 셀을 벅(Buck), 부스트(Boost), 벅-부스트(Busk-Boost), 척(Cuk), 제타(ZETA) 및 세픽(SEPIC)에 추가하여 실현하였다. 제안된 컨버터의 고주파 동작 및 고효율 특성은 400 kHz, 125 W 부하에서 실험하여 기존의 PWM 컨버터에 비하여 고효율로 동작함을 확인하였다.
Boost 컨버터는 전압을 상승시키는 기본적인 컨버터이다. 이 컨버터에서의 효율증대를 위한 병렬L과 이를 한발 더 나아가 병렬L을 변압기를 사용하여 자계로 빠져 나가는 부분의 손실을 줄이는 연구를 수행한다. 이를 위하여 스위칭에 따른 전류의 변화를 파악하며 Soft스위칭을 사용하여 병렬L과의 차이를 PSIM 시뮬레이션을 사용하여 확인하고, boost컨버터의 효율을 고찰한다.
본 논문은 벅, 부스터, 벅-부스트 등의 부이용 DC-DC 컨버터 성능에 대하여 기술하였다. PV 시스템과 연계한 컨버터에 관한 특성이 고려된 동작특성 및 충전효율에 대하여 분석하였다. 그것은 MPPT 알고리즘과 더불어 수행되었다. 컨버터를 위한 기본 스위칭 방정식을 기술하고, 스위칭 상태에 따른 방정식을 해석하였다. 이 해석은 부이선택에 초점을 맞추고 있으며, 또한 컨버터 동작 및 제안한 알고리즘의 성능을 관찰하였다. 마지막으로 부이에 적합한 DC-DC 컨버터를 제안하였으며, 벅 컨버터에 대한 특성실험도 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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