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위상 천이 풀-브릿지 컨버터를 위한 새로운 전압 진동 제거 기술
Voltage Oscillation Reduction Technique for Phase-Shift Full-Bridge Converter 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.10 no.6, 2005년, pp.598 - 609  

박기범 (한국과학기술원 전기및전자공학과) ,  김정은 (한국과학기술원 전기및전자공학과) ,  문건우 (한국과학기술원 전기및전자공학과) ,  윤명중 (한국과학기술원 전기및전자공학과)

초록
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기존의 위상 천이 풀-브릿지 컨버터변압기 2차측 다이오드의 전압 스트레스를 증가시키는 심각한 전압 진동 문제를 가지고 있으며, 이를 해결하기 위한 부가적인 스너버의 사용은 전체 시스템 효율의 저하를 초래한다. 본 논문에서는 부가적인 스너버의 사용없이 효과적으로 전압 진동 문제를 해결하는 위상 천이 풀-브릿지 컨버터의 새로운 동작 방식을 제안한다. 또한 제안된 방법은 동작 특성 상 넓은 영전압 스위칭 범위를 보장하므로 향상된 효율을 기대할 수 있다. 기존의 동작 방식과 비교하여 제안된 전압 진동 제거 기술의 동작 원리, 전압 진동 분석 및 설계 고려 사항을 나타내었으며, 420W사양의 시험모델을 제작하여 제안된 전압 진동 제거 기술의 타당성을 입증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Conventional phase shift full bridge (PSFB) converter has serious voltage oscillation problem across the secondary rectifier diodes, which would require the dissipate snubber circuit, thus degrades the overall efficiency. To overcome this problem a new simple voltage oscillation reduction technique ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 기존의 위상 천이 풀-브릿지 컨버터가 가지는 정류단 다이오드의 심각한 전압 진동 문제를 부가적인 회로 없이 간단히 동작을 변화시킴으로서 효과적으로 해결할 수 있는 새로운 전압 진동 제거 기술을 제안한다.
  • 따라서 지상 레그 변이와 같이 Lie에 큰 전압이 인가되는 공진 회로가 형성되지 않으 므로 다이오드의 전압 진동이 생기지 않게 된다. 이 점에 착안하여 본 논문에서는 지상 레그 변이 시의 동작을 진상 레그 변이 시의 동작과 동일하게 동작시키기 위하여 인덕터 전류에 의해 스위치의 출력 캐패시 터와 다이오드의 접합 캐패시터를 동시에 충-방전함으로서 지상 레그 변이 이후에도 전압 진동이 생기지 않는 새로운 전압 진동 제거 방식을 제안한다.

가설 설정

  • 한 주기는 12개의 모드로 나뉘며, 모 드 별 동작 해석 시 다음과 같은 가정을 따른다. 1) 모든 소자는 이상적이다 2) 정상 상태에서 동작한다. 3)스 위치의 출력 캐패시턴스는 다이오드의 접합 캐패시턴 스에 비하여 충분히 크다.
  • 한 주기는 12개의 모드로 나뉘며, 모 드 별 동작 해석 시 다음과 같은 가정을 따른다. 1) 모든 소자는 이상적이다 2) 정상 상태에서 동작한다. 3)스 위치의 출력 캐패시턴스는 다이오드의 접합 캐패시턴 스에 비하여 충분히 크다.
  • 제안된 전압 진동 제거 동작은 진상 레그와 지상 레그 모두 인덕터 전류로 스위치와 다이오드를 충-방 전하는 동작으로 진상 레그 변이 시에는 하드 스위칭 (턴-온)을 하여도 영 전압 스위칭 동작 시와 동일한 전압, nVcb의 전압을 d에 인가하여 전류 동작을 수행하므로 전류 종료 이후 다이오드에는 동일한 Vcb 진폭의 전압 진폭이 나타나지만, 지상 레그 변이 시 하드 스위칭(턴-온)을 하게 되면 Lmg에 Vs의 전압이 인가되므로 다이오드에는 (爲만을 삽입 시와 동일하게 Vs/n 진폭의 전압 진동이 생기게 된다. 따라서 제안된 전압 진동 제거 동작에서는 지상 레그의 영 전압 스위칭이 필수적이다.
  • 앞서 3장의 모드 해석 시, Mode 2와 Mode 6에서 Gss는 Ct에 비하여 충분히 크고, 蜘의 영향이 작아서 Coss와 Ct가 인덕 터 전류에 의해서 동시에 충-방전 된다고 가정하였다 하지만 실제 동작에서는 Llkg, Coss, Ct 등이 다이오드의 전압 진동에 영향을 주므로, 이들 값들을 고려하여 다이오드의 전압 진동을 정량적으로 분석해 보겠다. 여기서 Mode 2의 진상 레그 동작이 후에는 결과적으로 다이오드가 턴-온 되어 0V로 유지되므로, Mode 6의 지상 레그 동작에서의 전압 진동만이 분석이 필요하다.
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참고문헌 (9)

  1. J. A. Sabate, V. Vlatkovic, R. B. Ridley, F. C. Lee, and B. H. Cho, 'Design consideration for high-voltage high-power full-bridge zero-voltage-switched PWM converter,' in Proc. IEEE APEC, 1990, pp. 275-284 

  2. O. D. Patterson and D. M. Divan, 'Pseudo-Resonant full bridge dc/dc converter,' IEEE PESC'87, Rec., 1987, pp, 423-430 

  3. L. H. Mweene, C. A. Write, and M. F. Schlecht, ' A 1kW, 500 kHz front-end converter for a distributed power supply system,' in Proc. IEEE PESC'89 Rec., 1989, pp, 423-432 

  4. Chao Wan. Hongwang Wu, jianjong Zeng, Ying jianping, jingtao Tan, 'A Precise ZVS range calculation method for full bridge converter', IEEE PESC'03, 2003, pp. 1832-1836 

  5. Song-Yi Lin and Chern-Lin Chen, 'On the Leading Leg Transtion of Phase-Shifted ZVS-FB Converters', IEEE Trans. On Industrial Electronics, Vol. 45, No.4, 1998, pp. 677-679 

  6. Song-Yi Lin and Chern-Lin Chen, 'Analysis and Design for RCD Clamped Snubber Used in Output Rectifier of Phase Shifted Full-Bridge ZVS Converters', IEEE Trans. Industrial Electronics, Vol. 45. No.2, 1998, pp. 358-359 

  7. R. Redl, N. O. Sokal, and I. Balogh, 'A novel soft-Switching full-bridge DC!DC converter: analysis, design considerations, and experimental results at 1.5 kW, 100 kHz,' IEEE PESC90 Rec., 1990, pp. 162-172 

  8. J. A. Sabate, V. Vlatkovic, R. B. Ridley, F. C. Lee, 'High-voltage, high power, ZVS, full bridge PWM converter employing an active snubber,' IEEE APEC'91 Rec., 1992, pp. 158-163 

  9. J. G. Cho, J. A. Sabate, G. C. Hua, and F. C. Lee, 'Zero-voltage and zero-current switching full-bridge PWM converter for high power application.' IEEE PESC'94, 1994, PP. 102-108 

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