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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최세완
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수21
이 논문의 연구 히스토리 (7)
2016
2013
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화석연료 사용으로 환경오염이 심각해지면서 신재생에너지, 그린카 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 따라 본 논문에서는 신재생에너지, 그린카 등에서 필수적으로 필요한 전력변환장치에 대한 연구를 진행하였다. 태양전지, 풍력, 연료전지는 대표적인 신재생에너지로 불안정한 출력을 가지고 있어 발전소나 가정용으로 사용하기 위해서는 안정적인 전력변환이 필요하며 또한 부하 요구에 즉각 대응하지 못하므로 일반적으로 배터리에 전력을 충전 및 방전 할 수 있는 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 에너지저장장치를 같이 사용한다. 또한 연료전지 자동차에는 연료전지의 느린 응답특성을 보완하고 연료전지의 전력을 보조할 수 있는 양방향 DC-DC 컨버터가 필요하다. 따라서 각 응용분야의 특징을 파악하고 양방향 DC-DC 컨버터의 요구사항 검토하였으며 이에 따라 기존 방식에 대해 분류하였고 특징과 문제점을 분석하였다. 이를 바탕으로 새로운 2단 방식의 양방향 DC-DC 컨버터를 제안한다. 이때 절연부는 고정 주파수로 동작하는 직렬 부하 공진형 컨버터(SRC)를 적용하였다. 제안한 SRC는 부하 변동에 상관없이 ZCS 턴온 및 턴오프가 가능해 효율이 높을 뿐만 아니라 자성체 소자와 EMI 필터를 최적설계 할 수 있다. 또한 가변 리미터를 이용하여 각각의 고전압 제어기와 저전압 제어기를 하나의 제어기로 연결하여 새로운 자율적이며 끊김없는 양방향 전압 제어 방법을 제안하였다. 아래에 본 논문에서 제안하는 양방향 DC-DC 컨버터의 특징을 아래와 같이 정리하였다.
? 제안하는 토폴로지는 2단 방식의 DC-DC 컨버터의 장점을 그대로 가지고 있다.
1) 오직 비절연 컨버터를 이용하여 전압조절 및 모드변환을 하기 때문에 스위칭 방법이 간단하다.
2) 절연부의 모든 소자들을 최적화하여 설계할 수 있다.
? 제안한 SRC는 전압조절의 역할을 하지 않고 고정듀티, 고정주파수에서 동작하므로 작은 Lr을 사용하여 다음과 같은 장점을 가진다.
1) 부하변동에 따른 전압이득 변동이 매우 작아 설계 시 더 넓은 입력 및 출력 전압범위를 가질 수 있다.
2) 제안하는 SRC는 공진소자 공차에 대한 영향이 작아 양산성이 좋다.
3) Lr이 작기 때문에 추가로 인덕턴스를 달지 않고 변압기의 누설인덕턴스를 이용할 수 있다.
? 제안하는 SRC는 전압 및 부하변동에 상관없이 모든 스위치가 ZCS 턴온 및 턴오프가 가능하다. 또한 SRC의 데드타임을 조절하는 방법을 통해 MOSFET 출력 커패시터로 인한 ZCS 턴오프 시 발생하는 손실을 최소화 할 수 있다.
? 가변리미터를 이용한 제안하는 제어전략을 사용하여 저전압측 및 고전압측 모두 끊김없이 자율적으로 전압제어가 가능하다. 또한 중요 AC 부하에 끊김없이 전력을 공급할 수 있으며 DC 버스 커패시터의 크기를 줄일 수 있다.
5kW 시작품을 통해 제안한 양방향 컨버터의 타당성을 검증하였으며 게이트드라이버 및 제어 회로의 손실을 포함한 효율은 충전모드에서 95.13%(@1.3kW), 방전모드에서 95.08%(@1.5kW)를 달성하였다.
? 제안하는 토폴로지는 2단 방식의 DC-DC 컨버터의 장점을 그대로 가지고 있다.
1) 오직 비절연 컨버터를 이용하여 전압조절 및 모드변환을 하기 때문에 스위칭 방법이 간단하다.
2) 절연부의 모든 소자들을 최적화하여 설계할 수 있다.
? 제안한 SRC는 전압조절의 역할을 하지 않고 고정듀티, 고정주파수에서 동작하므로 작은 Lr을 사용하여 다음과 같은 장점을 가진다.
1) 부하변동에 따른 전압이득 변동이 매우 작아 설계 시 더 넓은 입력 및 출력 전압범위를 가질 수 있다.
2) 제안하는 SRC는 공진소자 공차에 대한 영향이 작아 양산성이 좋다.
3) Lr이 작기 때문에 추가로 인덕턴스를 달지 않고 변압기의 누설인덕턴스를 이용할 수 있다.
? 제안하는 SRC는 전압 및 부하변동에 상관없이 모든 스위치가 ZCS 턴온 및 턴오프가 가능하다. 또한 SRC의 데드타임을 조절하는 방법을 통해 MOSFET 출력 커패시터로 인한 ZCS 턴오프 시 발생하는 손실을 최소화 할 수 있다.
? 가변리미터를 이용한 제안하는 제어전략을 사용하여 저전압측 및 고전압측 모두 끊김없이 자율적으로 전압제어가 가능하다. 또한 중요 AC 부하에 끊김없이 전력을 공급할 수 있으며 DC 버스 커패시터의 크기를 줄일 수 있다.
5kW 시작품을 통해 제안한 양방향 컨버터의 타당성을 검증하였으며 게이트드라이버 및 제어 회로의 손실을 포함한 효율은 충전모드에서 95.13%(@1.3kW), 방전모드에서 95.08%(@1.5kW)를 달성하였다.
목차
I. 서 론 11. 연구배경 12. 연구 목적 및 방법 73. 개요 8II. 기존의 절연형 양방향 컨버터 91. DAB(Dual Active Bridge) 컨버터 92. DAB 컨버터의 성능 개선을 위한 스위칭 기법 123. DAB 컨버터의 성능 개선을 위한 토폴로지 연구 17III. 제안하는 양방향 컨버터 261. 양방향 하프브리지 컨버터 동작 원리 262. 제안하는 SRC 동작 원리 333. 공진소자 공차에 의한 영향 404. 제안하는 컨버터의 설계 435. 저전압측 전류 리플 저감을 위한 인터리빙 기법 적용 검토 49IV. 끊김없는 모드 전환을 위한 제어 전략 521. 제안하는 제어 전략의 필요성 522. 제안하는 제어 전략의 동작 원리 533. 기존 방식과 제안하는 방식의 성능 비교 614. 시뮬레이션 모델 제작 64V. 실험결과 및 검토 65VI. 결 론 76참고문헌 77영문초록(Abstract) 84
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