[논문]고역률 고효율 승압형 AC-DC 컨버터

곽동걸; 김춘삼; 박하용; 심재선; 심상흥

doi:10.5207/jieie.2005.19.7.045

고역률 고효율 승압형 AC-DC 컨버터
Boost AC-DC Converter of High Power Factor and High Efficiency 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.19 no.7, 2005년, pp.45 - 52

곽동걸 (한중대학교 전기전자공학과) , 김춘삼 (한중대학교 전기전자공학과) , 박하용 (한중대학교 전기전자공학과) , 심재선 (한중대학교 전기전자공학과) , 심상흥 (한중대학교 전기전자공학과)

초록
AI-Helper

본 논문은 전류불연속 제어에 의한 고역률, 고효율로 동작되는 승압형 AC-DC 컨버터에 대해 연구된다. 전류불 연속 제어 컨버터는 제어회로 구성이 간단하고 구성소자의 수를 줄일 수 있는 장점을 가진다. 제안된 컨버터의 입력전류는 듀티율 일정제어에 의한 교류 입력전압의 크기에 비례된 불연속적인 정현파 형태로 된다. 그 결과 입력역률은 거의 단위역률로 주어지며 듀티율 일정제어에 의해 제어기법이 간단하다. 또한 제안된 컨버터의 스위칭 소자들은 부분공진 기법에 의해 소프트 스위칭 동작으로 되어 스위칭 손실이 매우 낮으며 컨버터의 효율을 증대시킨다. 부분공진 회로부는 승압용으로 사용된 인덕터와 무손실 스너버 커패시터에 의해 설계되어 컨버터의 회로 토폴로지가 간단하다. 제안된 컨버터는 컴퓨터 시뮬레이션과 실험결과에 의해 그 타당성이 입증된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper is studied on boost AC-DC converter of high power factor and high efficiency for discontinuous current control. The converter operated in discontinuous current control eliminates the complicated circuit control requirement, and reduces a number of components. The input current waveform in proposed circuit is got to be a discontinuous sinusoidal form in proportion to magnitude of ac input voltage under the constant duty cycle switching. Therefore, the input power factor is nearly unity and the control circuit is simple. Also the switching devices in a proposed circuit are operated with soft switching by the partial resonant method. The result is that the switching loss is very low and the efficiency of system is high. The partial resonant circuit makes use of a inductor using step up and loss-less snubber capacitor. The circuit topology of the converter is simplified. Some simulative results on computer and experimental results are included to confirm the validity of the analytical results.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 개선된 고역률 고효율 승압형 AC- DC 컨버터를 제안하여 기존의 PFC 숭압형 컨버터와 비교 검토되었다. 제안된 회로에 사용된 인덕터는 숭압과 공진용으로 사용되고 스너버 커패시터가 공진용 소자로 이용되어 회로구조가 간단하였으며, 사용된 공진 커패시터는 무손실 스너버로 동작되었다.

가설 설정

제어 스위치는 가변저항 스위치로 가정하고, 그 외 소자는 이상적인 소자로 간주하여 PSpice 프로그램에 의한 컴퓨터 시뮬레이 션을 실행한 결과이다. 시뮬레이션에 사용된 회로정수들을 표 1에 나타낸다

제안 방법

이러한 회로의 입력전류는 입력전압의 피크 부분에서 흐르는 펄스형으로 되어 입력역률이 낮으며 많은 고조파 성분이 포함된 전류로써 전원계통에 나쁜 영향을 주게 되어 심각한 문제가 된다[以 이러한 관점에서 정류회로의 역률개선과 고조파 제어 등의 파형 개선이 중요한 과제로 된다[2丄 이를 해결하기 위해 입력단 정류회로에 승압 초퍼를 접속해서 입력전류를 정현파 상으로 제어하여 파형개선을 이루고 입력 역률을 단위역률로 개선하는 역률개선형(PFC : Power Factor Correction)컨버터들이 많이 연구되고 있다 [3-5]. 그러나 이들 컨버터들은 구성소자의 수가 증대되어 변환기의 효율을 상당히 감소시키고, 각 부에 사용되는 스위치들의 제어기법이 복잡하고 난이한 문제점들이 나* 타난다 따라서 본 논문에서 제안되는 승압형 AC니DC 컨버터는 부분공진의 기법[6] 을 적용하여 승압과 수立트. 스위칭을 동시에 이루어지는 회로구조로 설계되어 역률과 효율을 개선시키고 앞서의 문제점을 개선한다.
그러나 이들 컨버터들은 구성소자의 수가 증대되어 변환기의 효율을 상당히 감소시키고, 각 부에 사용되는 스위치들의 제어기법이 복잡하고 난이한 문제점들이 나* 타난다 따라서 본 논문에서 제안되는 승압형 AC니DC 컨버터는 부분공진의 기법[6] 을 적용하여 승압과 수立트. 스위칭을 동시에 이루어지는 회로구조로 설계되어 역률과 효율을 개선시키고 앞서의 문제점을 개선한다. 컨버터들에 사용되는 스위치 보호용 스너버 커패시터를 제안된 컨버터에서는 부분공진 회로소자로 대용되며 커패시터에 축적된 에너지는 공진동작에 의해 전원측으로 회생되는 무손실 스너버 커패시터로 동작된다.
실험회로 구성은 전력용량 LOEkWI급으로 하여 사용된 입력전원과 수동소자들의 변수들은 표 1에 주어진 값을 기준하여 설계되었다. 그림 10은 전원주파수의 1주기에 대한 인덕터 전류와 커패시터 전압 *'을 나타낸다.
비교 검토되었다. 제안된 회로에 사용된 인덕터는 숭압과 공진용으로 사용되고 스너버 커패시터가 공진용 소자로 이용되어 회로구조가 간단하였으며, 사용된 공진 커패시터는 무손실 스너버로 동작되었다. 또한 회로 내에 사용된 제어소자들은 적정배치로 인해 용량분담이 줄고 제어기법도 간단하였다 부분공진 기법이 적용된 승압용 제어 스위치들은 소프트 스위칭에 의해 스위칭 손실이 저감되어 기존의 하드 스위칭 컨버터와 비교하여 효율이 증대되었다.
한편 사용된 제어 스위치의 동작을 보면 스위치의 턴「온 동작은 인덕터의 전류가 영에서 이루어져 영 전류 스위칭(ZCS : Zero Gunwt Switching으로 되나 턴z오프 동작은 높은 전류에서 동작되는 하드 스위칭 (hard switching)으로 되어 스위치의 손실 증대 및 자기유도 잡음 등이 나타난다 대부분의 컨버터들은 이를 개선하기위해 스너버 회로를 이용하여 보완하지만 스위칭 손실에 상당하는 스너버 손실이 있으므로 스위칭 주파수의 증가와 더불어 컨버터의 효율이 감소되는 문제점이 있다 본 논문에서는 이를개선시키는 회로 토폴리지를 개발하여 고역률 고효율로 동작되는 컨버터를 제안한다

성능/효과

개선된 고효율 컨버터가 그림 3(a)의 고효율 컨버터보다 다이오드 Di의 도통 손실의 감소에 의해 부하 용량의 증가와 더불어 다소 상승된 효율을 보였다.
또한 회로 내에 사용된 제어소자들은 적정배치로 인해 용량분담이 줄고 제어기법도 간단하였다 부분공진 기법이 적용된 승압용 제어 스위치들은 소프트 스위칭에 의해 스위칭 손실이 저감되어 기존의 하드 스위칭 컨버터와 비교하여 효율이 증대되었다. 그리고 스위치의 듀티율 일정의 전류 불연속제어에 의해 입력전류는 불연속적인 정현파 형태의 전류로 되어 입력역률이 거의 단위역률로 되었으며 공진용 무손실 스너버 커패시터의 에너지 회생에 의해 기존의 승압형 컨버터보다 고조파성분이 상쇄되어 왜형율이 개선되는 것을 확인하였다 또한 제안된 컨버터는 스위칭 주파수 20[kHz]와 비교되어 상당한 역률증대를 보였다
제안된 회로에 사용된 인덕터는 숭압과 공진용으로 사용되고 스너버 커패시터가 공진용 소자로 이용되어 회로구조가 간단하였으며, 사용된 공진 커패시터는 무손실 스너버로 동작되었다. 또한 회로 내에 사용된 제어소자들은 적정배치로 인해 용량분담이 줄고 제어기법도 간단하였다 부분공진 기법이 적용된 승압용 제어 스위치들은 소프트 스위칭에 의해 스위칭 손실이 저감되어 기존의 하드 스위칭 컨버터와 비교하여 효율이 증대되었다. 그리고 스위치의 듀티율 일정의 전류 불연속제어에 의해 입력전류는 불연속적인 정현파 형태의 전류로 되어 입력역률이 거의 단위역률로 되었으며 공진용 무손실 스너버 커패시터의 에너지 회생에 의해 기존의 승압형 컨버터보다 고조파성분이 상쇄되어 왜형율이 개선되는 것을 확인하였다 또한 제안된 컨버터는 스위칭 주파수 20[kHz]와 비교되어 상당한 역률증대를 보였다
실험 파형에서 공진회로는 공진 1주기 동안지속적으로 이뤄지지 않고 스위치의 턴-온과 턴-오프 때에 부분적인 공진 동작을 볼 수 있으며 이러한 동작에 의해 공진소자들의 용량분담과 스트레스를 줄이고, 출력전류가 증가할 경우 공진손실이 감소된다. 그리고 사용된 스위치들은 부분공진 동작에 의해 영전류에서 턴-온되며, 영전압에서 턴-오프되는 소프트 스위칭 동작을 보인다.
제안된 컨버터는 듀티율의 증가에 대해 높은 입력역률을 보이며, 스위칭 주파수의 증가에 대해서도 역률증대의 효과를 가진다. 이것은 하드 스위칭 컨버터에 대해 제안된 컨버터는 공진용으로 사용된 스너버 커패시터의 방전전류가 손실 없이 전원 측으로 회생되기 때문이다.

후속연구

컨버터들에 사용되는 스위치 보호용 스너버 커패시터를 제안된 컨버터에서는 부분공진 회로소자로 대용되며 커패시터에 축적된 에너지는 공진동작에 의해 전원측으로 회생되는 무손실 스너버 커패시터로 동작된다. 또한 제안된 컨버터와 기존에 연구된 무손실 스너버를 이용한 고효율 컨버테6]와 효율 측정결과가 검토되고, 제안된 컨버터의 다이오드 손실저감에 따른 효율증대의 효과를 제시한다.

참고문헌 (7)

H. L. Huy, J. P. Ferrieux, E. Toutain, 'An AC-DC Converter with Low-Harmonics Input Current', EPE, pp. 1201-1207, 1987
B. Williams, 'Design of feedback loop in unity power factor ac to dc converter', IEEE PESC, Conf. Rec. pp. 959-964, 1989
M. C. Ghanem, K. AL-Haddad, G. Roy, 'A New Single phase Buck-Boost Converter with Unity Power Factor', IEEE IAS Conf. Rec. pp. 785-792, 1993
O. Garcia, J. A. Cobos, R. Prieto, P.Alou and J. Uceda, 'Single Phase Power Factor Correction: A Survey', IEEE Trans. on PE, Vol. 18, No. 3, pp. 749-755, 2003
Q. Zhao, M. Xu, F. C. Lee, and J. Qian, 'Single-Switch Parallel Power Factor Correction AC-DC Converters with Inherent Load Current Feedback', IEEE Trans. on PE, Vol. 19, No.4, pp. 928-936, 2004
D. K. Kwak, K. Y. Suh, S. K. Kwon, H. W. Lee, 'A High Efficiency DC-DC Boost Converter by Partial Resonant Switching Mode', Trans. KIEE. Vol. 45, No. 9, pp. 1272-1278, 1996
E. Silva, M. Cavalcanti, and C. B. Jacobina, 'Comparative study of pulsed DC-link voltage converters', IEEE Trans. on PE, Vol.18, No. 4, pp. 1028-1033, 2003

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

고역률 고효율 승압형 AC-DC 컨버터
Boost AC-DC Converter of High Power Factor and High Efficiency 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

성능/효과

후속연구

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

고역률 고효율 승압형 AC-DC 컨버터 Boost AC-DC Converter of High Power Factor and High Efficiency 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

성능/효과

후속연구

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

고역률 고효율 승압형 AC-DC 컨버터
Boost AC-DC Converter of High Power Factor and High Efficiency 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper