공통모드 결합형 인덕터를 적용한 위상천이 풀브리지 컨버터 LDC 설계 및 분석 :LDC Design and Analysis of a Phase Shift Full Bridge with Common Mode Coupled Inductor

최진용

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자료유형: 학위논문

저자정보: 최진용 (명지대학교, 명지대학교 대학원)

지도교수: 이준영

발행연도: 2019

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이용수17

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

커먼모드 커플드 인덕터를 적용한 위상천이 풀브리지 컨버터 LDC 설계 및 분석

최진용 , 허경현 , 이우석 외 6명 전력전자학회 학술대회 논문집 2019.07 학술대회자료

공통모드 결합형 인덕터를 적용한 위상천이 풀브리지 컨버터 LDC 설계 및 분석

최진용 전기공학과 2019.01 학위논문

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최근의 전기차산업은 신재생에너지, 연료전지, 스마트그리드 등의 미래기술들과 함께 빠른 속도로 발전하고 있다. 특히 배터리 기술이 발전하면서 주행거리가 길어지고 충전속도는 빨라지면서 전기차의 영역은 승용차를 넘어 상용차까지 범위를 넓히고 있다. 상용차는 승용차보다 운행시간이 많고 산업에서 쓰임이 많은 차종이다. 하지만 승용차보다 대기오염 물질을 더 많이 발생시키고, 화석연료를 더 많이 소모하고 있기 때문에 상용차의 전기차화는 반드시 이루어져야 한다. 상용차의 전기차화를 위해서는 배터리 기술의 발전과 더불어 배터리의 전력을 얼마나 효율적으로 사용할 것인가가 중요한 문제이다. 배터리의 에너지를 소모하는 요소 중에는 동력을 발생시키는 모터와 차량의 전장품들이 있다. LDC(Low DC-DC Converter)는 이러한 요소들 중에서 차량의 전장품들이 필요한 저전압으로 전력을 변환해 주는 장치이다. LDC는 차량에 탑재되어 있으며, 메인 배터리의 에너지를 차량의 전장품으로 공급하기 위한 중간 역할을 하고 있다. 이는 차량의 연비에 중요한 영향을 끼치며 고효율, 고전력밀도, 경량화가 요구된다. 본 논문에서는 두개의 풀브리지 Stack을 직렬로 쌓은 위상천이 풀브리지 컨버터를 구성하여 넓은 입력전압 범위에 대응 가능한 LDC 회로를 제안한다. 이러한 직렬 풀브리지 구조는 고용량화가 용이하여 앞으로 더 큰 용량이 요구될 때 응용이 가능한 토폴로지이다. 하지만 직렬 풀브리지의 구조상 입력전압이 균등하게 유지되기 어려운 문제점이 제기된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 공통모드 결합형 인덕터를 적용하였으며, 입력전압의 균형을 유지하고 높은 효율을 얻을 수 있다. 제안한 컨버터는 공통모드 결합형 인덕터가 적용된 5.8kW급 LDC이며 실험을 통하여 검증되었다.

#LDC #위상천이 풀브리지 컨버터 #DC-DC 컨버터 #Coupled Inductor #PSFB

그림 목차 iv
표 목차 vi
국문초록 vii
제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 필요성 1
1.2 기존 LDC 토폴로지 비교 4
1.2.1 주요 LDC 토폴로지 비교 4
1.3 논문의 구성 10
제 2 장 제안하는 컨버터 11
2.1 위상천이 풀 브리지 컨버터 11
2.2 제안하는 컨버터의 동작모드 12
2.3 제안하는 컨버터의 CMCI 자화전류 분석 21
2.4 캐패시터 전류 iin1와 iin2 의 편차 22
2.5 인덕터 전류 편차 22
2.6 캐패시터 전압 Vin1과 Vin2 의 편차 23
제 3 장 제안하는 컨버터의 설계 25
3.1 변압기 설계 25
3.1.1 변압기 턴 비 계산 26
3.1.2 변압기 코어 선정 26
3.1.3 1차 측 턴 수 선정 29
3.1.4 2차 측 턴 수 선정 30
3.1.5 권선 선정 30
3.2 누설 인덕턴스 허용범위 31
3.2.1 ZVS를 위한 최소 누설인덕턴스 31
3.2.2 정상 출력전압을 얻기 위한 최대 누설인덕턴스 32
3.3 출력인덕터 설계 34
3.3.1 L값 선정 35
3.3.2 권선 선정 35
3.3.3 코어 선정 36
3.3.4 턴 수 선정 37
3.3.5 Air Gap 계산 37
3.4 MOSFET 및 Diode 선정 38
3.4.1 MOSFET 선정 요인 38
3.4.2 MOSFET 선정 39
3.4.3 DIODE 선정 40
3.5 제어기 설계 41
3.5.1 전류제어기 41
3.5.2 전압제어기 42
제 4 장 실험 결과 및 분석 44
4.1 시뮬레이션 결과 47
4.2 실험결과 51
4.2.1 1번 조건 52
4.2.2 2번 조건 53
4.2.3 3번 조건 54
4.2.4 4번 조건 55
4.2.5 실험결과 파형 비교 및 분석 56
4.2.6 기동테스트 58
4.3 효 율 60
제 5 장 결 론 64
참고문헌 66
Abstract 68

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