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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김용
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 동국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수21
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세계적으로 에너지 부족과 환경오염 등으로 인해, 태양 전지, 연료 전지와 같은 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있으며 활발한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 신재생에너지원은 저전압 특성을 지니고 있기 때문에 전압 이득(M)이 높은 DC-DC 컨버터의 전력변환시스템이 필수적이다.
기존의 부스트 및 벅-부스트 컨버터는 시비율(D)이 1에 가까워짐에 따라 전반적인 효율 저하로 인하여 전력변환시스템의 요구를 충족시킬 수 없다. 또한, 시비율(D)이 최대가 될수록 매우 큰 전압 스파이크를 유도하고 전도 손실을 증가시킬 뿐만 아니라 심각한 출력 다이오드 역 회복 문제를 일으킨다.
절연형 DC-DC 컨버터 중에서 플라이백 컨버터는 매우 단순한 구조로 높은 전압 이득(M)을 얻을 수 있다. 하지만 변압기의 누설 인덕턴스로 인하여 높은 전압 스트레스를 지니게 된다. 또한, 풀 브리지 컨버터와 같은 기존의 절연형 컨버터는 변압기의 권선비를 증가시켜 높은 전압 이득(M)을 달성할 수 있다. 그러나, 이러한 컨버터는 높은 입력 전류 리플로 인해 출력 전력의 감소와 입력 전해 콘덴서 수명의 단축원인이 된다. 이러한 영향을 줄이려면 많은 입력 전해 콘덴서가 필요하며 또한 출력 다이오드의 전압 스트레스가 출력 전압 보다 높게 되므로 회로 효율을 저하시킨다.
능동 클램프 부스트 컨버터, 액티브 클램프 풀 브리지 부스트 컨버터와 같은 다른 절연형 컨버터는 높은 효율과 높은 전압 이득(M)을 갖는 전력변환을 구현할 수 있다. 그러나 이러한 컨버터는 많은 추가 부품, 절연 센서, 피드백 제어기가 필요하기 때문에 비용을 증가시키는 문제점을 지닌다. 따라서 시스템의 비용감소와 시스템 효율의 향상에는 비 절연형 DC-DC 컨버터가 실제로 더 적합한 방식인 것으로 판단된다.
비 절연형 DC-DC 컨버터에 스위치드 커패시터 방식을 사용하면 변환 효율을 향상시키고 큰 전압 이득(M)을 달성할 수 있다. 그러나 일반적으로 스위치드 커패시터 방식의 경우 스위치에 높은 과도 전류와 큰 전도 손실을 발생시킨다. 또한, 높은 전압 이득(M)을 요구하는 DC-DC 컨버터에 대해 많은 스위치드 커패시터 셀을 이용하면 회로가 복잡해지는 단점을 지닌다.
본 논문에서는 위와 같은 문제들을 해결하기 위하여 1개의 출력 커패시터를 추가한 형태의 인터리브드 DC-DC 컨버터를 제안하였다. 제안된 인터리브드 DC-DC 컨버터는 두 개의 스위치가 인터리브드 방식으로 구동되기 때문에 낮은 전류 리플을 갖는 특징을 지니고 있으며 온(on) 기간 동안, 각 스위치에 직렬로 연결된 인덕터를 이용하여 에너지를 저장하며 오프(off) 기간 동안, 하나의 경로를 통하여 인덕터에 저장된 에너지를 출력 커패시터로 전달하는 구조이다. 이를 증명하기 위하여 이론적 모드 분석, 시뮬레이션(PSIM), 실험을 통하여 제안된 인터리브드 DC-DC 컨버터 회로의 타당성을 검증하고자 한다.
기존의 부스트 및 벅-부스트 컨버터는 시비율(D)이 1에 가까워짐에 따라 전반적인 효율 저하로 인하여 전력변환시스템의 요구를 충족시킬 수 없다. 또한, 시비율(D)이 최대가 될수록 매우 큰 전압 스파이크를 유도하고 전도 손실을 증가시킬 뿐만 아니라 심각한 출력 다이오드 역 회복 문제를 일으킨다.
절연형 DC-DC 컨버터 중에서 플라이백 컨버터는 매우 단순한 구조로 높은 전압 이득(M)을 얻을 수 있다. 하지만 변압기의 누설 인덕턴스로 인하여 높은 전압 스트레스를 지니게 된다. 또한, 풀 브리지 컨버터와 같은 기존의 절연형 컨버터는 변압기의 권선비를 증가시켜 높은 전압 이득(M)을 달성할 수 있다. 그러나, 이러한 컨버터는 높은 입력 전류 리플로 인해 출력 전력의 감소와 입력 전해 콘덴서 수명의 단축원인이 된다. 이러한 영향을 줄이려면 많은 입력 전해 콘덴서가 필요하며 또한 출력 다이오드의 전압 스트레스가 출력 전압 보다 높게 되므로 회로 효율을 저하시킨다.
능동 클램프 부스트 컨버터, 액티브 클램프 풀 브리지 부스트 컨버터와 같은 다른 절연형 컨버터는 높은 효율과 높은 전압 이득(M)을 갖는 전력변환을 구현할 수 있다. 그러나 이러한 컨버터는 많은 추가 부품, 절연 센서, 피드백 제어기가 필요하기 때문에 비용을 증가시키는 문제점을 지닌다. 따라서 시스템의 비용감소와 시스템 효율의 향상에는 비 절연형 DC-DC 컨버터가 실제로 더 적합한 방식인 것으로 판단된다.
비 절연형 DC-DC 컨버터에 스위치드 커패시터 방식을 사용하면 변환 효율을 향상시키고 큰 전압 이득(M)을 달성할 수 있다. 그러나 일반적으로 스위치드 커패시터 방식의 경우 스위치에 높은 과도 전류와 큰 전도 손실을 발생시킨다. 또한, 높은 전압 이득(M)을 요구하는 DC-DC 컨버터에 대해 많은 스위치드 커패시터 셀을 이용하면 회로가 복잡해지는 단점을 지닌다.
본 논문에서는 위와 같은 문제들을 해결하기 위하여 1개의 출력 커패시터를 추가한 형태의 인터리브드 DC-DC 컨버터를 제안하였다. 제안된 인터리브드 DC-DC 컨버터는 두 개의 스위치가 인터리브드 방식으로 구동되기 때문에 낮은 전류 리플을 갖는 특징을 지니고 있으며 온(on) 기간 동안, 각 스위치에 직렬로 연결된 인덕터를 이용하여 에너지를 저장하며 오프(off) 기간 동안, 하나의 경로를 통하여 인덕터에 저장된 에너지를 출력 커패시터로 전달하는 구조이다. 이를 증명하기 위하여 이론적 모드 분석, 시뮬레이션(PSIM), 실험을 통하여 제안된 인터리브드 DC-DC 컨버터 회로의 타당성을 검증하고자 한다.
목차
제 1 장 서 론 1제 2 장 기존의 부스트 컨버터 32.1 일반적인 부스트 컨버터의 특징 32.1.1 주요 파형 및 해석 42.2 인터리브드 부스트 컨버터의 특징 82.1.1 주요 파형 및 해석 8제 3 장 제안된 인터리브드 DC-DC 컨버터 123.1 회로 구성 123.2 동작 해석 143.2.1. 각 MODE별 파형분석 143.2.2. MODE 1 153.2.3. MODE 2 163.2.4. MODE 3 173.2.4. MODE 4 183.3 전압 이득(M)과 시비율(D) 20제 4 장 시뮬레이션 및 실험 결과 224.1 제안된 인터리브드 DC-DC 컨버터의 실험 장치 224.2 시뮬레이션 및 실험 결과 비교 24제 5 장 결 론 33참고문헌 34Abstract 37
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