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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 차헌녕
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 경북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
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최근 세계적으로 에너지 고갈 문제로 인하여, 에너지에 대한 수요가 증가하면서 신재생 에너지, UPS(Uninterruptible Power Supply) 시스템, ESS(Energy Storage System), 전기 자동차, HVDC(High Voltage Direct Current) 등의 전력 활용 분야에서 배터리를 충전을 하거나 고전압을 저전압으로 변환하기 위하여 소프트 스위칭 기법(Zero Voltage Switching)을 적용한 대용량 고효율 절연형 풀-브릿지 직류-직류 컨버터를 사용 한다 [11]. 큰 부하전류가 하나의 스위치와 변압기를 통해 흘러 전압, 전류의 스트레스와 전도손실이 증가하므로 스위치를 병렬로 연결하거나 동일 컨버터를 병렬로 운전하여 사용한다 [3], [10]. 하지만 부품이 증가하여 설계하기 어렵고, PCB 패턴 설계 시 부품의 위치 선정이 어려우며, 병렬로 연결된 각 스위치의 편차로 인하여 전류의 불평형이 발생하고, 제어방식이 복잡하다는 문제점을 가지고 있다 [4].
이로 인해 전류의 스트레스를 줄이고, 대용량 에너지 변환에 적합한 3상 강압형 직류-직류 컨버터가 Ziogas에 의하여 제안되었으며, 입력과 출력을 절연하기 위하여 3상 변압기를 적용한 절연형 3상 강압형 직류-직류 컨버터가 개발되었다 [3], [4]. 절연형 3상 강압형 직류-직류 컨버터는 3상 변압기의 결선을 Υ-Υ, Δ-Δ, Υ-Δ, Δ-Υ로 연결할 수 있고, 기존 단상 컨버터에 비하여 상이 증가하므로 스위치의 전류 스트레스가 감소하며, 단상 변압기에 비해 전력이 3상으로 분할되므로 낮은 VA정격을 얻을 수 있다 [4], [9], [12], [13]. 또한, 비대칭 PWM(Pulse Width Modulation)에 의한 소프트 스위칭이 되므로 높은 효율을 얻을 수 있고, 제어가 용이하다 [9]. 하지만 절연형 3상 강압형 컨버터는 고전압을 저전압으로 변환하기 위하여 변압기의 권선 비를 높여야 하고, 각 상의 부품의 시정수와 게이트 드라이버의 부품 시정수가 일정하지 않아 시비율이 같지 않으므로, 상전압 및 상전류 불평형이 발생하여 변압기가 포화되며, 높은 스위치의 전압 스트레스로 인해 대용량 고 강압형 응용회로에는 적합하지 못하다 [1], [2], [9].
본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 절연형 3중 강압형 직류-직류 컨버터를 제안한다. 제안한 컨버터는 추가된 두 개의 커패시터 및 변압기의 Υ-Δ결선과 삼배전류 정류기를 통하여 얻은 낮은 전압이득으로 1:1 비율에 가까운 권선 비를 가지므로 누설 인덕턴스를 줄일 수 있고, 소프트 스위칭 설계가 용이하며, 변압기의 양단 전압이 낮아 절연이 쉽다 [1], [2], [12], [13]. 또한, 스위치의 낮은 전압 스트레스에 의하여 스위치의 출력 커패시터를 충·방전하기 위해 필요한 에너지는 기존 컨버터에 비하여 낮아지므로 더 넓은 소프트 스위칭 범위를 가질 수 있고, 추가된 커패시터에 의하여 charge balance condition을 만족하므로 변압기 상전압 및 상전류 불평형에 따른 포화문제를 해결 할 수 있다 [1], [2], [5]. 제안한 컨버터는 시제품을 제작하여 실험·검증하였다.
이로 인해 전류의 스트레스를 줄이고, 대용량 에너지 변환에 적합한 3상 강압형 직류-직류 컨버터가 Ziogas에 의하여 제안되었으며, 입력과 출력을 절연하기 위하여 3상 변압기를 적용한 절연형 3상 강압형 직류-직류 컨버터가 개발되었다 [3], [4]. 절연형 3상 강압형 직류-직류 컨버터는 3상 변압기의 결선을 Υ-Υ, Δ-Δ, Υ-Δ, Δ-Υ로 연결할 수 있고, 기존 단상 컨버터에 비하여 상이 증가하므로 스위치의 전류 스트레스가 감소하며, 단상 변압기에 비해 전력이 3상으로 분할되므로 낮은 VA정격을 얻을 수 있다 [4], [9], [12], [13]. 또한, 비대칭 PWM(Pulse Width Modulation)에 의한 소프트 스위칭이 되므로 높은 효율을 얻을 수 있고, 제어가 용이하다 [9]. 하지만 절연형 3상 강압형 컨버터는 고전압을 저전압으로 변환하기 위하여 변압기의 권선 비를 높여야 하고, 각 상의 부품의 시정수와 게이트 드라이버의 부품 시정수가 일정하지 않아 시비율이 같지 않으므로, 상전압 및 상전류 불평형이 발생하여 변압기가 포화되며, 높은 스위치의 전압 스트레스로 인해 대용량 고 강압형 응용회로에는 적합하지 못하다 [1], [2], [9].
본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 절연형 3중 강압형 직류-직류 컨버터를 제안한다. 제안한 컨버터는 추가된 두 개의 커패시터 및 변압기의 Υ-Δ결선과 삼배전류 정류기를 통하여 얻은 낮은 전압이득으로 1:1 비율에 가까운 권선 비를 가지므로 누설 인덕턴스를 줄일 수 있고, 소프트 스위칭 설계가 용이하며, 변압기의 양단 전압이 낮아 절연이 쉽다 [1], [2], [12], [13]. 또한, 스위치의 낮은 전압 스트레스에 의하여 스위치의 출력 커패시터를 충·방전하기 위해 필요한 에너지는 기존 컨버터에 비하여 낮아지므로 더 넓은 소프트 스위칭 범위를 가질 수 있고, 추가된 커패시터에 의하여 charge balance condition을 만족하므로 변압기 상전압 및 상전류 불평형에 따른 포화문제를 해결 할 수 있다 [1], [2], [5]. 제안한 컨버터는 시제품을 제작하여 실험·검증하였다.
목차
Ⅰ. 서 론Ⅱ. 기존 3상 강압형 직류-직류 컨버터2.1 비절연 3상 강압형 직류-직류 컨버터2.2 절연형 3상 강압형 직류-직류 컨버터Ⅲ. 제안한 절연형 3중 강압형 직류-직류 컨버터3.1 비절연 3중 강압형 직류-직류 컨버터의 구조3.2 제안한 컨버터의 구조3.3 제안한 컨버터의 동작 원리3.4 제안한 컨버터의 특징Ⅳ. 실험 결과Ⅴ. 결론참고 문헌Abstract
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