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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박종후
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 숭실대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
이 논문의 연구 히스토리 (3)
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저전압 특성을 가지는 태양광 발전과 같은 신재생 에너지원을 사용 가능한 상용 전원으로 변환하기 위해서는 고 승압의 DC-DC 컨버터가 요구된다.
변압기를 사용하는 컨버터는 턴 비가 클 경우 누설 인덕턴스에 의한 스위치 및 다이오드의 전압 스트레스가 증가하기 때문에 고승압 응용에 한계가 있다. 기존에는 변압기의 턴비를 줄이기 위하여 multi_output의 출력을 직렬 연결하는 방식의 포워드 플라이백, 스위치드 커패시터 플라이백 등이 많이 연구되어 왔다.
본 논문에서는 기존에 연구되고 있는 절연형 컨버터와 비절연 컨버터의 단점을 보완하여 새로운 두 가지의 토폴로지를 제안한다. 첫 번째로 제안하는 변압기형형 차지펌프 스위치드 커패시터 플라이백 컨버터는 기존의 직렬형 포워드 플라이백 컨버터의 포워드단 프리휠링 인덕터를 제거하고 차지펌프 회로를 추가 하였다. 또한 동축권선 변압기에 탭을 내는 방식을 적용하여 3권선 변압기에서 2권선 변압기로 그 크기를 줄였고 변압기의 결합계수를 향상 시켰으며 기존에 비하여 소자 스트레스를 감소시켜 효율을 높였다.
두 번째로 제안하는 비절연형 차지펌프 스위치드 커패시터 플라이백 탭 인덕터 부스트 컨버터는 기존의 스위치드 커패시터 탭 인덕터 부스트 컨버터의 스위치드 커패시터 단에 차지펌프와 탭 추가형 플라이백 단을 추가하여 기존에 비하여 소자의 내압 요구조건을 낮추었고 연속 전류모드에서 효율을 향상시켰으며 입력전압의 변동에 따른 전력전달 효율의 변화를 감소시켰다.
또한 두 가지 토폴로지 모두 출력단 커패시터들의 충·방전 시간이 서로 위상차를 가지며 교번하기 때문에 출력전압의 리플을 저감시키는 장점을 가지고 있다.
본 논문에서는 제안된 컨버터의 동작특성에 대하여 설명하고 설계방법 및 최대 효율에 관하여 수식적으로 정리하였다. 또한 이를 시뮬레이션과 실제 100W급 하드웨어를 통하여 검증하였으며 마지막으로 소신호 모델링을 통한 폐루프 제어를 통하여 시스템의 동작특성을 확인하였다.
변압기를 사용하는 컨버터는 턴 비가 클 경우 누설 인덕턴스에 의한 스위치 및 다이오드의 전압 스트레스가 증가하기 때문에 고승압 응용에 한계가 있다. 기존에는 변압기의 턴비를 줄이기 위하여 multi_output의 출력을 직렬 연결하는 방식의 포워드 플라이백, 스위치드 커패시터 플라이백 등이 많이 연구되어 왔다.
본 논문에서는 기존에 연구되고 있는 절연형 컨버터와 비절연 컨버터의 단점을 보완하여 새로운 두 가지의 토폴로지를 제안한다. 첫 번째로 제안하는 변압기형형 차지펌프 스위치드 커패시터 플라이백 컨버터는 기존의 직렬형 포워드 플라이백 컨버터의 포워드단 프리휠링 인덕터를 제거하고 차지펌프 회로를 추가 하였다. 또한 동축권선 변압기에 탭을 내는 방식을 적용하여 3권선 변압기에서 2권선 변압기로 그 크기를 줄였고 변압기의 결합계수를 향상 시켰으며 기존에 비하여 소자 스트레스를 감소시켜 효율을 높였다.
두 번째로 제안하는 비절연형 차지펌프 스위치드 커패시터 플라이백 탭 인덕터 부스트 컨버터는 기존의 스위치드 커패시터 탭 인덕터 부스트 컨버터의 스위치드 커패시터 단에 차지펌프와 탭 추가형 플라이백 단을 추가하여 기존에 비하여 소자의 내압 요구조건을 낮추었고 연속 전류모드에서 효율을 향상시켰으며 입력전압의 변동에 따른 전력전달 효율의 변화를 감소시켰다.
또한 두 가지 토폴로지 모두 출력단 커패시터들의 충·방전 시간이 서로 위상차를 가지며 교번하기 때문에 출력전압의 리플을 저감시키는 장점을 가지고 있다.
본 논문에서는 제안된 컨버터의 동작특성에 대하여 설명하고 설계방법 및 최대 효율에 관하여 수식적으로 정리하였다. 또한 이를 시뮬레이션과 실제 100W급 하드웨어를 통하여 검증하였으며 마지막으로 소신호 모델링을 통한 폐루프 제어를 통하여 시스템의 동작특성을 확인하였다.
목차
國文抄錄 ⅵ英文抄錄 ⅶ제 1 장 서론 11.1 연구의 배경 및 목적 11.2 동축권선 변압기 21.3 변압기형 스위치드 커패시터 셀 41.4 변압기형 차지펌프 스위치드 커패시터 셀 51.5 논문의 구성 6제 2 장 변압기형 스위치드 커패시터 셀을 적용한 절연형 DC-DC 컨버터 82.1 기존의 절연형 고승압 DC-DC 컨버터 82.2 기존의 직렬형 포워드 플라이백 컨버터 92.3 제안하는 컨버터의 구조 102.4 제안된 컨버터의 동작특성 112.5 제안된 컨버터의 정상상태 해석 132.6 동작특성 시뮬레이션 15제 3 장 스위치드 커패시터 셀을 적용한 비절연형 DC-DC 컨버터 193.1 기존의 비절연형 고승압 DC-DC 컨버터 193.2 기존의 스위치드 커패시터 탭 인덕터 부스트 컨버터 193.3 제안하는 컨버터의 구조 203.4 제안된 컨버터의 동작특성 223.5 제안된 컨버터의 정상상태 해석 243.5 동작특성 시뮬레이션 26제 4 장 효율분석 294.1 절연형 컨버터의 손실분석 294.1.1 MOSFET의 손실 304.1.2 다이오드의 손실 334.1.3 고주파 변압기의 손실 364.2 비절연형 컨버터의 손실분석 394.2.1 MOSFET의 도통손실 394.2.2 탭 인덕터 부스트 다이오드의 손실 414.3 최적 효율 시뮬레이션 424.3.1 절연형 컨버터의 최적효율 시뮬레이션 424.3.2 비절연형 컨버터의 최적효율 시뮬레이션 45제 5 장 제안하는 컨버터의 설계 465.1 절연형 CSFB 컨버터의 설계 465.1.1 동축권선 변압기의 설계 465.1.2 MOSFET 설계 495.1.3 다이오드 설계 505.1.4 커패시터 설계 515.2 비절연형 CSFTI 컨버터의 설계 56제 6 장 소신호 모델링 586.1 동특성 전달함수 586.2 보상기 설계 62제 7 장 실험결과 657.1 실험의 구성 및 제안된 컨버터의 동작파형 657.2 제안된 컨버터의 효율특성 67제 8 장 결론 70참고문헌 71
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