[논문]동적 전류분담 인덕터를 이용한 ZVT 풀 브리지 컨버터의 병렬 운전

김용

doi:10.5207/jieie.2002.16.4.015

동적 전류분담 인덕터를 이용한 ZVT 풀 브리지 컨버터의 병렬 운전
The Parallel Operation of ZVT-Full Bridge Converter with Dynamic Current Shared Inductor 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.16 no.4, 2002년, pp.15 - 21

김용 (동국대학교 전기공학과)

초록
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본 논문에서는 동적 전류분담 인덕터를 이용한 ZVT 풀 브리지 DC/DC 컨버터의 병렬운전 특성을 해석하였다. 기존의 경우 CT(Current Transformer)를 사용하여 각 단위 컨버터 전류의 크기를 감지하여, 제어회로에서 각 컨버터에 균등한 전류 배분을 하는 방법을 사용하였으나, 본 연구에서는 동적 전류분담 인덕터를 사용함으로써 병렬운전하는 두 대의 풀 브리지 컨버터의 전류분배를 위한 제어회로를 비교적 단순하게 하였다. 동시에 ZVT회로를 이용하여 컨버터의 효율을 향상시켰으며 스위칭소자로서 IGBT를 사용하여 2[㎾]급 시작품을 제작, 50[KHz]에서 실험하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents parallel operation of ZVT(Zero Voltage Transition) FUll Bridge Converter with Dynamic Current Shared Inductor. In the conventional method, CT(Current Transformer) have been used tn share the load current equally with converters. In this system, at parallel operation of ZVT Full Bridge Converter, dynamic current shared inductor divides the same current of unit converter and ZVT circuit aids to high efficiency. Superiority of the characteristics is verified through the experiment with a 2[㎾], 50[㎑] prototype converter.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

전류분배를 위한 기법으로 수하제어법(Drow NMiod)과 능동 전류분담법 (Active Current Sharing K但thod)이 제안되었으며, 능동 전류분담법으로 평균전류 제어법, 최대전류 제어법, 주종전류 제어법등 여러 방법이 제안되고 있다. 기존의 경우 각 컨버터 전류의 크기를 감지하여, 제어회로에서 각 단위 컨버터에 균등한 전류 배분을 하는 방법을 사용하였으나 본 연구에서는 동적 전류분담 인덕터를 사용하여 컨버터의 전류분배를 위한 제어회로를 비교적 단순하게 하고자 한다. [4, 5],
그러나 기존의 FB-ZVT PWM DC/DC 컨버터의 경우 두 개의 보조 스위치로 인하여 제어회로 및 구동회로가 복잡하게 되며 비용이 증가하는 단점을 지니게 된다. 또한 보조 스위치의 스위칭시 하드 스위칭을 하므로 스위칭 손실이 존재호]■고, 시스템의 효율이 저하된대7丄 따라서 본 논문에서는 두 개의 보조 다이오드와 보조 커패시터, 그리고 한 개의 가포화 인덕터를 사용하여 보조회로를 구현함으로써 동적 전류분담 인덕터를 사용한 컨버터의 병렬운전에 있어서 전류분배를 위한 제어회로를 단순화하여 비용의 절감과 더불어 효율의 향상시키고자 한다.

가설 설정

1) 모든 소자는 이상적이다.

제안 방법

应)와 보조 커패시터(Cal, C。, 그리고 한 개의 가포화 인덕터(I쇼)를 사용하여 넓은 부하영역에서 영전압 스위칭 동작을 함으로써 안정된 소프트 스위칭 동작 영역이 확보되도록 하였다.
단위 컨버터에 대한 부하실험은 컨버터 #1의 출력전압을 120[V]로 하고, 컨버터 #2의 전압과 전류를 관찰하였다. 실험 결과로부터 컨버터 #1을 기준으로 저항차이가 5”2]인 경우 전력배분 오차는 L73[%]이며, 저항차이가 15LQ]인 경우 전력배분 오차는 2.
제안된 방식의 타당성을 검증하기 위해 50Ddfe], 1[WV] ZVT 풀 브리지 DC/DC 컨버터 2대를 병렬로 구성하고 설계한 전압 제어기를 제작하여 시뮬레이션과 실험을 수행하였다. 그림 9는 제작한 컨버터 및 실험장치를 나타낸다.

대상 데이터

본 논문에서는 대용량에 적합한 ZVT 풀 브리지 DCZDC 컨버터의 병렬운전에 동적 전류분담 인덕터를 사용하였으며. 두 개의 보조 다이오드와 보조 커패시터, 그리고 한 개의 가포화 인덕터를 사용하여 보조 회로를 구현함으로써 각각의 단위 컨버터에서 전류를 감지하여 각 컨버터에 균등한 전류배분을 하는 종래의 방법에 비하여 제어기 수의 감소와 제어 회로를 비교적 단순화시킬 수 있었다.

성능/효과

2) 동적 전류분담 인덕터의 누설인덕턴스는 무시한다.
두 개의 보조 다이오드와 보조 커패시터, 그리고 한 개의 가포화 인덕터를 사용하여 보조 회로를 구현함으로써 각각의 단위 컨버터에서 전류를 감지하여 각 컨버터에 균등한 전류배분을 하는 종래의 방법에 비하여 제어기 수의 감소와 제어 회로를 비교적 단순화시킬 수 있었다. 2[期급 풀 브리지 컨버터를 대상으로 동적 전류분담 인덕터를 이용하여 병렬운전하는 경우 각각의 단위 컨버터는 양호한 전류분담을 하게 됨을 확인할 수 있었으며. 제안된 방식은 높은 신뢰성과 고효율, 고정밀도를 요구하는 대전력 시스템에 응용 가능할 것으로 생각된다.
3) 동적 전류분담 인덕터는 역극성으로 상호 결합된 이상적인 1 :1변압기 구조이다.
그림 1은 본 논문에서 제안하는 시스템의 블럭도로서 병렬운전되는 두 대의 풀 브리지 컨버터를 단일 PWM 회로로 제어하게 되므로 기존의 병렬운전 제어시스템에 비해 제어회로의 수를 줄일 수 있으며 각 단위 컨버터의 전류 분배를 균등히 하기 위한 전류제어기를 사용하는 대신 동적 전류분담 인덕터를 사용함으로써 제어회로를 비교적 간단히 할 수 있다. 또한 1차측에 보조회로를 삽입하여 넓은 부하 영역에 걸쳐 영전압 스위칭(ZVS)함으로써 컨버터 효율을 향상시킬 수 있다.
사용하였으며. 두 개의 보조 다이오드와 보조 커패시터, 그리고 한 개의 가포화 인덕터를 사용하여 보조 회로를 구현함으로써 각각의 단위 컨버터에서 전류를 감지하여 각 컨버터에 균등한 전류배분을 하는 종래의 방법에 비하여 제어기 수의 감소와 제어 회로를 비교적 단순화시킬 수 있었다. 2[期급 풀 브리지 컨버터를 대상으로 동적 전류분담 인덕터를 이용하여 병렬운전하는 경우 각각의 단위 컨버터는 양호한 전류분담을 하게 됨을 확인할 수 있었으며.
실험 결과로부터 컨버터 #1을 기준으로 저항차이가 5”2]인 경우 전력배분 오차는 L73[%]이며, 저항차이가 15LQ]인 경우 전력배분 오차는 2.42[%] 로 동적 전류분담 인덕터가 두 컨버터에 대해 양호한 전력분담을 하며, 동일한 부하(20仃习)에서는 균일한 분담이 이루어짐을 알 수 있다.

후속연구

2[期급 풀 브리지 컨버터를 대상으로 동적 전류분담 인덕터를 이용하여 병렬운전하는 경우 각각의 단위 컨버터는 양호한 전류분담을 하게 됨을 확인할 수 있었으며. 제안된 방식은 높은 신뢰성과 고효율, 고정밀도를 요구하는 대전력 시스템에 응용 가능할 것으로 생각된다.

참고문헌 (9)

Hangseok Choi, J. W. Kim, J. H. Lee, and B. H. Cho, “Modeling, Analysis and Design of 10kw Parallel Module Zero-Voltage Zero-Current Switched Full Bridge PWM Converter”, The Proceedings of The APEC'2000, pp.321-326, February. 2000.
M. Jordan, “UC3907 Load Share IC Simplifies Parallel Power Supply Modules”, Unitrode Application Note U-129.
Seung Chan Sohn, and Se Jin Seong, “Parallel Operation of Two Converters using Zero Current Transformer Method”, KIEE Trans., vol. 49, no. 4, pp.256-264, April 2000.
Jin Yong Bae, Yong Kim, Suk Ho Yoon, Sung-Won Chang, and Kyu Hoon Lee, “A Study on the Parallel Operation and Control Loop Design of ZVT-Full Bridge DC/DC Converter”, The Proceedings of The KIEE, pp320-323, April 2001.
Jin Yong Bae, Yong Kim, Soo Hyun Baek, Soon Do Kwon, Kyu Hoon Lee, and Cherl Jin Kim, “The Parallel Operation of ZVT-Full Bridge Converter with Dynamic Current Shared Inductor”, The Proceedings of The KIEE, pp.942-945, july 2001.
Guichao Hua, Ching-Shan Leu, and Fred C. Lee, “Novel Zero-Voltage-Transition PWM Converter”, IEEE Trans., on Power Electronics, pp.55-61, 1992.
J.G.Cho, J.A.Sabate and F.C.Lee,“Novel Zero-Volage-T ransition PWM DC/DC Converter for High Power Applications”,APEC Conf. Rec., pp.143-149, 1994.
E.S.Kim, D.Y.Lee, D.S.Hyun, “A Novel Partial Series Resonant DC/DC Converter with Zero-Voltage/Zero-Current Switching”, Proceedings of The APEC'2000, pp. 93-98, February. 2000.
V. Vlatkovic, J. A. Sabate', R. B. Ridley, F. C. Lee and B. H. Cho, "Small-Signal Analysis of the Phase -Shafted PWM Converter" IEEE Trans. Power Electron., vol. 7, no. 1, pp. 128-135, January 1992.

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