본 논문은 고주파 단상 부스트 컨버터의 스위칭 손실을 감소시킬 수 있는 새로운 방식을 제안한다. 이것은 기존의 부스트 컨버터에 별도의 스위칭 장치를 첨가한 형태를 가진다. 원래의 고속 스위칭 장치는 변함없이 전력변환을 수행하지만, 새로이 부가된 장치는 저속으로 동작하면서 고속 스위칭 소자에 흐르는 전류의 대부분을 우회시켜 스위칭 손실을 감소시킨다. 제안된 방법의 제어시스템은 매우 간단하다. 제어기는 멀티바이브레이터, 비교기 및 AND 게이트로 구성되고, 스위칭 소자의 오프 지속시간이 멀티바이브레이터에 의해 일정하게 유지되므로 최대 스위칭 주파수는 별도의 클럭 발생기 없이 제한된다. 본 논문에서는 제안된 컨버터의 형상, 설계 등을 언급하고 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 제안된 방법의 스위칭 손실 감소, 효율향상에 관한 유효성을 입증한다.
본 논문은 고주파 단상 부스트 컨버터의 스위칭 손실을 감소시킬 수 있는 새로운 방식을 제안한다. 이것은 기존의 부스트 컨버터에 별도의 스위칭 장치를 첨가한 형태를 가진다. 원래의 고속 스위칭 장치는 변함없이 전력변환을 수행하지만, 새로이 부가된 장치는 저속으로 동작하면서 고속 스위칭 소자에 흐르는 전류의 대부분을 우회시켜 스위칭 손실을 감소시킨다. 제안된 방법의 제어시스템은 매우 간단하다. 제어기는 멀티바이브레이터, 비교기 및 AND 게이트로 구성되고, 스위칭 소자의 오프 지속시간이 멀티바이브레이터에 의해 일정하게 유지되므로 최대 스위칭 주파수는 별도의 클럭 발생기 없이 제한된다. 본 논문에서는 제안된 컨버터의 형상, 설계 등을 언급하고 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 제안된 방법의 스위칭 손실 감소, 효율향상에 관한 유효성을 입증한다.
This paper proposes a new technique for improving the efficiency of single phase high frequency switch mode boost converter. This converter includes an additional boost converter that follows the main hish frequency switching device. The additional converter, which is controlled at lower frequencies...
This paper proposes a new technique for improving the efficiency of single phase high frequency switch mode boost converter. This converter includes an additional boost converter that follows the main hish frequency switching device. The additional converter, which is controlled at lower frequencies, bypasses almost all the current in the main switch and the high frequency switching loss is greatly reduced. Both switching devices are controlled by a simple method; each controller consists of a one-shot multivibrator, a comparator and an AND gate, and the maximum switching frequency can be limited without any clock generator. The converter works cooperatively in high efficiency and acts as though it were a conventional high frequency switch mode converter with one switching device. This paper describes the proposed converter configuration, design, and discusses the steady state performance concerning the switching loss reduction and efficiency improvement. and the proposed method is verified by computer simulation.
This paper proposes a new technique for improving the efficiency of single phase high frequency switch mode boost converter. This converter includes an additional boost converter that follows the main hish frequency switching device. The additional converter, which is controlled at lower frequencies, bypasses almost all the current in the main switch and the high frequency switching loss is greatly reduced. Both switching devices are controlled by a simple method; each controller consists of a one-shot multivibrator, a comparator and an AND gate, and the maximum switching frequency can be limited without any clock generator. The converter works cooperatively in high efficiency and acts as though it were a conventional high frequency switch mode converter with one switching device. This paper describes the proposed converter configuration, design, and discusses the steady state performance concerning the switching loss reduction and efficiency improvement. and the proposed method is verified by computer simulation.
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문제 정의
본 논문에서는 고주파 단상 부스트 컨버터의 스위칭 손실을 감소시켜 컨버터의 효율을 증가시킬 수 있는 새로운 방식을 제안한다. 이것은 기존의 부스트 컨버터에 별도의 스위칭 장치를 첨가한 형태를 가진다.
본 논문에서는 스위칭 손실의 감소, 입력전류의 정현화 및 역률 개선을 동시에 만족시킬 수 있는 새로운 형태의 부스트 컨버터를 제안하며, 이 구성을 Fig.3에 나타내었다.
본 논문에서는단상부스트 컨버터의 효율을 향상시키기 위한 새로운 기술을 제안하였다. 이 방식은 저주파 스 위치를 기존의 고주파 스위치에 직렬로 추가하여 대부분의 전류가 저속 소자로 흐르게 함으로써 스위칭 손실을 저감시킨다.
본논문에서는 제안된 부스트 컨버터의 회로구성과 동작원리 및 동작특성을 설명하고 회로해석 및 소자특성 시뮬레이션을 손쉽게 구현할 수 있는 소프트웨어 PSIM을 사용하여 기존의 컨버터에 비해 효율이 향상됨을 입증하려고 한다.
제안 방법
따라서, 본 논문에서는 샘플링 시간을 1 [#]로 하고, 스위치에 걸리는 전압을 l[#] 지연시켜 전류와 곱한 후 턴온 및 턴오프 시간을 고려한 일정한 게인을 가하여 스위칭 손실을 계산하였다. 이 경우에 턴온 상태 손실도 영향을 받으므로 턴온 저항값의 추가적인 수정이 불가피하다.
본 논문에서 제안한 컨버터 효율개선 방안의 타당성을 고찰하기 위하여 Lab-Volt사의 PSIM을 사용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 행하였다.
9는 기존의 컨버터와 본 논문에서 제안한 컨버터의 효율을 도시하고 있다. 부하는 저항부하, 400[W], 600[W], 800[W], 1000[W] 그리 고 1200[W] 일 때를 각각 비교하였다. 기존 컨버터의 효율은 82.
제안된 방법의 유효성을 확인하기 위해 최대주파수 200[kHz], 15[kHz]로 동작하는 주 스위치 및 보조 스위 치 를 직렬로 결합하였고, 멀티바이브레이터, 비교기 및 AND게이트 등을 적용한 간단한 제어기를 구성하였다. 그리고 소프트웨어 PSIM을 사용하여 시뮬레이션을 수행한 결과 아래와 같은 결과를 얻었다.
이론/모형
본 논문에서는 위에서 기술한 컨버터의 제어를 위해 constant-off-time control[4] 이라는 간단한 제어 방식을 적용한다. 즉, 스위치 S가 턴온시 리액터 전류 iL 이 상승하는데 이 전류가 기준전류에 도달하면 Toff 라는 일정 시간동안 스위치가 턴오프 후 다시 턴온 된다.
성능/효과
1) 본 논문에서 제안한 방법에 의해 기존의 부스트 컨버터보다 8[%] 정도의 효율상승을 얻을 수 있었다.
2) 기존의 부스트 컨버터에 비해 전원 전압 및 전류에 고조파가 감소되 었다.
3) 전원전압과 전원전류가 일치하는 높은 역률을 얻을 수 있었다.
부하는 저항부하, 400[W], 600[W], 800[W], 1000[W] 그리 고 1200[W] 일 때를 각각 비교하였다. 기존 컨버터의 효율은 82.3~83[%]이지만, 제안된 컨버터는 89.5~91[%]로 효율이 8[%] 정도 증가 하였음을 알 수 있다.
기존 컨버터의 고속 스위칭 장치는 변함없이 전력변환을 수행하지만, 새로이 부가된 스위칭 장치가 저속으로 동작하면서 고속 스위칭 소자에 흘렀던 전류의 대부분을 우회시킨다. 따라서, 고주파 스위칭 소자에 큰 전류가 흐름으로써 발생하는 열손실을 감소시킬 수 있으며, 또한, 기존의 방식에 의해 얻은 결과와 유사한 전류제어성능을 얻을 수 있다.
본 논문에서 제안한 제어방식은 매우 간단하다. 각 제어기는 멀티바이브레이터, 비교기 및 AND 게이트로 구성되고, 스위칭 소자의 오프 지속시간이 멀티바이브레이터에 의해 일정 하게 유지되므로 최대 스위칭 주파수는 별도의 클럭 발생장치 없이 일정한 값으로 제한된다.
(a), (b)는 전원전압 및 전원전류, (c), (d)는 주 리 액터 및 보조리액터 전류, (e), (f)는 주 스위 치 및 보조 스위 치 에 흐르는 전류이다. 제안된 컨버 터 의 역률이 거의 1에 가깝고 전원 전류는 정현파와 유사하여 고조파 왜형률이 미소함을 알 수 있다. 또한, 고주파스위칭 장치 인 주 스위 치보다 저주파로 구동되는 보조 스위치로 대부분의 전류가 우회함을 보여주고 있다.
참고문헌 (7)
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J. R. Pinheiro, H. A. Grundling, D. L. R. Vidor and J. E., 'Control Strategy of an lnterleaver Boost Power Correction Converter', IEEE PESC99, Vol. 2, pp. 137-142, 1999
Trevor A. Smith, Sima Dimitrigev and H. Barry Harrison, 'Controlling a DC DC Converter by Using the Power MOSFET as a Voltage Controlled Resistor', IEEE Trans. Power Electron, Vol. 47, No. 3, pp. 357-362, 2000
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A. C. Braga and Ivo Brabi, 'A 3kW Unity Power Factor Rectifier Based on a Two-Cell Boost Converter Using a New Parallel Connection Techni- que', IEEE Trans. Power Electron., Vol. 14, No. 1, pp.209-217, 1999
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