넓은 입력 및 출력 전압 범위를 가지는 입력-직렬 출력-직렬 양 방향 벅-부스트 컨버터 An Input-Series Output-Series Bi-directional Buck-Boost converter with Wide Input and Output Voltage Ranges원문보기
본 논문은 넓은 입력 및 출력 전압 범위를 갖는 입력 직렬 출력 직렬 비 반전 벅-부스트 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 기존의 비 반전 벅-부스트 컨버터를 직렬로 연결하여 전압 스트레스 저감을 진행했으며, 자성소자 부피 감소를 위해 커플드 인덕터를 적용했다. 기존에 연구된 직렬형 컨버터 및 높은 전압에 대응하기 위해 연구된 컨버터와 비교하여 제안하는 컨버터는 단순한 구조, 직관적인 전압 이득, 높은 신뢰성, 그리고 산업 표준 전력 ...
본 논문은 넓은 입력 및 출력 전압 범위를 갖는 입력 직렬 출력 직렬 비 반전 벅-부스트 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 기존의 비 반전 벅-부스트 컨버터를 직렬로 연결하여 전압 스트레스 저감을 진행했으며, 자성소자 부피 감소를 위해 커플드 인덕터를 적용했다. 기존에 연구된 직렬형 컨버터 및 높은 전압에 대응하기 위해 연구된 컨버터와 비교하여 제안하는 컨버터는 단순한 구조, 직관적인 전압 이득, 높은 신뢰성, 그리고 산업 표준 전력 모듈을 이용하였기 때문에 모듈화가 용이한 장점을 가지고 있다. 제안하는 컨버터를 검증하기 위해 스위칭 상태에 따른 동작 모드 분석을 진행하고, 안정도 판별을 위한 소신호 해석이 수행된다. 또한, 직관적인 제어기 설계를 위한 간소화된 소신호 모델 수식이 제안되며, 간소화된 수식을 활용하여 이산 시지연을 고려한 전압, 전류 제어기 설계를 진행한다. 제안하는 컨버터와 유도한 모델, 그리고 제어기 설계 과정은 모의 실험을 통해 검증하였다. 실험을 통한 검증을 위해 1500 V 직류 전압 시스템에 적용 가능한 8-kW 프로토타입을 제작하였다. 모의 실험과 실험 결과를 통해 동작 모드 분석, 소신호 해석, 그리고 폐루프 제어기 설계과정이 유효함을 검증하였으며, 제안하는 컨버터가 다양한 전압 응용분야에서 넓은 범위의 전압 대응이 가능함을 확인하였다.
본 논문은 넓은 입력 및 출력 전압 범위를 갖는 입력 직렬 출력 직렬 비 반전 벅-부스트 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 기존의 비 반전 벅-부스트 컨버터를 직렬로 연결하여 전압 스트레스 저감을 진행했으며, 자성소자 부피 감소를 위해 커플드 인덕터를 적용했다. 기존에 연구된 직렬형 컨버터 및 높은 전압에 대응하기 위해 연구된 컨버터와 비교하여 제안하는 컨버터는 단순한 구조, 직관적인 전압 이득, 높은 신뢰성, 그리고 산업 표준 전력 모듈을 이용하였기 때문에 모듈화가 용이한 장점을 가지고 있다. 제안하는 컨버터를 검증하기 위해 스위칭 상태에 따른 동작 모드 분석을 진행하고, 안정도 판별을 위한 소신호 해석이 수행된다. 또한, 직관적인 제어기 설계를 위한 간소화된 소신호 모델 수식이 제안되며, 간소화된 수식을 활용하여 이산 시지연을 고려한 전압, 전류 제어기 설계를 진행한다. 제안하는 컨버터와 유도한 모델, 그리고 제어기 설계 과정은 모의 실험을 통해 검증하였다. 실험을 통한 검증을 위해 1500 V 직류 전압 시스템에 적용 가능한 8-kW 프로토타입을 제작하였다. 모의 실험과 실험 결과를 통해 동작 모드 분석, 소신호 해석, 그리고 폐루프 제어기 설계과정이 유효함을 검증하였으며, 제안하는 컨버터가 다양한 전압 응용분야에서 넓은 범위의 전압 대응이 가능함을 확인하였다.
This paper proposed the input-series output-series non-inverting buck-boost converter (ISOSNIBBC) for wide input and output voltage ranges. The proposed converter is configured by connecting the conventional non-inverting buck-boost converter in series, and the coupled inductors (CIs) are employed t...
This paper proposed the input-series output-series non-inverting buck-boost converter (ISOSNIBBC) for wide input and output voltage ranges. The proposed converter is configured by connecting the conventional non-inverting buck-boost converter in series, and the coupled inductors (CIs) are employed to reduce the volume of the magnetic components. Compared with the conventional series-connected converter for high voltage, the proposed converter offers advantages such as a simple structure, intuitive voltage gain, high reliability, and easy modularization using industry-friendly standard power modules. The operation Mode analysis and the small signal Modeling have been performed to verify the stability of the proposed converter. Furthermore, a simplified small signal Model is proposed for the intuitive evaluation of the proposed converter. Then, the voltage and current controllers are designed considering the digital delay effect. The controller design procedure and the derived model of the proposed converter are verified by the simulation results. For the experimental verification, and 8-kW prototype that applicable to the 1500 V DC was manufactured. Both simulation and experimental results verified that the operation Mode, small signal analysis, and the closed-loop digital controller design procedure are effective.
This paper proposed the input-series output-series non-inverting buck-boost converter (ISOSNIBBC) for wide input and output voltage ranges. The proposed converter is configured by connecting the conventional non-inverting buck-boost converter in series, and the coupled inductors (CIs) are employed to reduce the volume of the magnetic components. Compared with the conventional series-connected converter for high voltage, the proposed converter offers advantages such as a simple structure, intuitive voltage gain, high reliability, and easy modularization using industry-friendly standard power modules. The operation Mode analysis and the small signal Modeling have been performed to verify the stability of the proposed converter. Furthermore, a simplified small signal Model is proposed for the intuitive evaluation of the proposed converter. Then, the voltage and current controllers are designed considering the digital delay effect. The controller design procedure and the derived model of the proposed converter are verified by the simulation results. For the experimental verification, and 8-kW prototype that applicable to the 1500 V DC was manufactured. Both simulation and experimental results verified that the operation Mode, small signal analysis, and the closed-loop digital controller design procedure are effective.
주제어
#직류-직류 변환기 입력-직렬 출력-직렬 변환기 소신호 모델링 이산 제어기 폐루프 전압 및 전류 제어기 설계
학위논문 정보
저자
윤동관
학위수여기관
건국대학교 대학원
학위구분
국내박사
학과
전기공학과
지도교수
조영훈
발행연도
2023
키워드
직류-직류 변환기 입력-직렬 출력-직렬 변환기 소신호 모델링 이산 제어기 폐루프 전압 및 전류 제어기 설계
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