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2단 AC/DC 컨버터의 링크 캐패시터 전류 스트레스 저감 기법
The RMS Current Stress Reduction Technique in Link Capacitor of Two-stage AC/DC Converter 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.14 no.6, 2009년, pp.449 - 456  

장두희 (국민대 전자공학과) ,  정영진 (국민대 전자공학과) ,  노정욱 (국민대 전자정보통신공학부) ,  홍성수 (국민대 전자정보통신공학부) ,  한상규 (국민대 전자정보통신공학부)

초록
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본 논문에서는 PFC단 링크 캐패시터의 실효 전류를 크게 저감 할 수 있는 링크 캐패시터 전류 스트레스 저감기법을 제안한다. 링크 캐패시터 선정 기준에는 여러 가지가 있으나 가장 큰 비중을 차지하는 것이 캐패시터 실효전류이다. 제안된 C-L 필터는 PFC단 출력 전류를 필터링하여 링크 캐패시터의 실효 전류를 크게 줄일 수 있고, 제안된 C-L-L-C 필터는 C-L 필터의 출력 전류 필터링 효과와 함께 L-C 필터가 DC/DC단 입력 전류를 필터링 함으로써 링크 캐패시터의 실효 전류를 더욱 크게 줄일 수 있다. 제안된 필터는 설계가 간단하고 PFC단의 Crossover frequency가 매우 낮아 C-L 필터 및 C-L-L-C 필터의 Cut-off frequency가 PFC단의 제어기 루프에 영향을 주지 않으므로 적은 소자를 가지고 손쉬운 방법으로 링크 캐패시터의 실효전류를 크게 줄일 수 있다. 제안된 필터의 이론적 해석과 설계 방법을 제시하며, 실험을 통하여 그 우수성을 검증한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The RMS(Root Mean Square) current stress reduction technique for the PFC link capacitor is proposed. Although the various parameter is exist for optimizing the link capacitor, the RMS current stress is the most weighty practical parameter. The proposed C-L filter can reduce effectively the RMS curre...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 2단 AC/DC 컨버터의 링크 캐 패시터 전류 스트레스를 저감하는 C-L필터 및 C-L-L-C 필터를 제안하였다. 제안된 C-L 필터는 PFC단 출력 전류를 필터링하여 링크 캐패시터의 실효 전류를 크게 줄일 수 있고, 제안된 C-L-L-C 필터는 C-L 필터의 출력 전류 필터링 효과와 함께 L-C 필터가 DC/DC단 입력 전류를 필터링 함으로써 링크 캐패시터의 실효 전류를 더욱 크게 줄일 수 있다.
  • 따라서 본 논문에서는 간단한 방법으로 링크 캐패시터의 전류 스트레스를 크게 줄일 수 있는 C-L 필터 및 C-L-L-C 필터를 제안한다. 제안된 C-L 필터는 PFC단 출력 전류를 필터링하여 링크 캐패시터의 실효 전류를 크게 줄일 수 있고, 제안된 C-L-L-C 필터는 C-L 필터의 출력 전류 필터링 효과와 함께 L-C 필터가 DC/DC단 입력 전류를 필터링 함으로써 링크 캐패시터의 실효 전류를 더욱 크게 줄일 수 있다.
  • 본 논문에서는 2단 AC/DC 컨버터의 링크 캐패시터 실효 전류 저감 기법에 관하여 제안하였다. 기존의 PFC단과 DC/DC단의 주파수 동기 방법은 실효 전류를 줄일 수 있지만, 회로 및 구동방식이 복잡한 단점을 지니고, DC/DC단이 LLC Converter와 같은 주파수 가변 방식인 경우 그 효과가 크지 않은 단점을 가졌다.
  • 본 논문에서는 C-L 및 C-L-L-C 필터를 사용하여 PFC단 링크 캐패시터의 실효전류를 저감하는 링크 캐 패시터 전류 스트레스 저감 기법을 제안한다. 제안된 C-L 필터는 그림 2와 같이 링크 캐패시터 앞에 C1과 L1이 위치하여 PFC 출력 전류를 필터링함으로써 링크 캐패시터의 전류 스트레스를 저감한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PFC단 DC/DC 단의 주파수를 동기 하는 주파수 동기화 기법의 단점은 무엇인가? 제안된 방법은 그림 1 (b)와 같이 PFC단의 스위치가 OFF될 때에 DC/DC단의 스위치를 동작함으로써, PFC단의 출력전류가 PFC단 출력 캐패시터를 거치지 않고 DC/DC단의 입력 전류로 흐르게 함으로써 PFC단 링크 캐패시터의 실효전류를 줄일 수 있다. 그러나 PFC단 DC/DC 단의 주파수를 동기 하는 주파수 동기화 기법은 회로및 구동방식이 매우 복잡하고, DC/DC단이 LLC Converter와 같은 주파수 가변 방식인 경우 링크 캐패시터의 전류스트레스 저감 효과가 크지 않으므로 제품 상용화가 매우 어려운 단점을 지닌다.
2단 AC/DC 컨버터의 장점은 무엇인가? 최근의 디스플레이 장치나 컴퓨터와 같은 소비자 전자기기에 적용되는 전원회로는 IEC 61000-3-2와 같은 역률규제 및 고조파 규제를 만족하기 위하여 교류의 입력전압과 입력전류의 위상을 일치시키는 능동형 역률개선 회로와 절연 규격을 만족하면서도 시스템 구동에 요구되는 DC전압 생성을 위한 절연형 DC/DC 컨버터를 사용한 2단 AC/DC 컨버터가 많이 사용되고 있다. 이러한 2단 AC/DC 컨버터는 높은 역률, 낮은 고조파 왜곡 및 DC/DC 컨버터의 최적 설계 등 많은 장점들을 가지고 있으나, PFC단 링크 캐패시터의 큰 전류 스트레스로 인하여 큰 전류 용량을 가지는 고가의 캐패시터를 사용해야하는 단점을 지닌다. 또한 고가의 캐패시터를 사용함으로써 전류 스트레스에 대한 마진을 크게 가지기 어려우므로 높은 제품 신뢰성확보가 어려운 단점을 지닌다.
PFC단과 DC/DC단의 주파수를 동기 하는 주파수 동기화 기법의 장점은 무엇인가? 최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 그림 1(a)와 같이 PFC단과 DC/DC단의 주파수를 동기 하는 주파수 동기화 기법이 제안되었다. 제안된 방법은 그림 1 (b)와 같이 PFC단의 스위치가 OFF될 때에 DC/DC단의 스위치를 동작함으로써, PFC단의 출력전류가 PFC단 출력 캐패시터를 거치지 않고 DC/DC단의 입력 전류로 흐르게 함으로써 PFC단 링크 캐패시터의 실효전류를 줄일 수 있다. 그러나 PFC단 DC/DC 단의 주파수를 동기 하는 주파수 동기화 기법은 회로및 구동방식이 매우 복잡하고, DC/DC단이 LLC Converter와 같은 주파수 가변 방식인 경우 링크 캐패시터의 전류스트레스 저감 효과가 크지 않으므로 제품 상용화가 매우 어려운 단점을 지닌다.
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참고문헌 (8)

  1. IEC 61000-3-2, Limit for harmonic current emissions (equipment input current ${\leq}$ 16A per phase), Internal Standard, 1998 

  2. 정영석, 윤명중 '전력 변환 시스템의 역률개선 기술동향', 전력전자학회 논문지, pp. 30-36, 1997. 3 

  3. Yonghan Kang, Byungcho Choi 'Small-Signal Model for a Controlled On-Time Boost Power Factor Correction Circuit', 전력전자학회 논문지, pp. 642-647, 1998. 10 

  4. 정영석, 문건우, 이준영, 윤명중, '평균화 모델을 이용한 역률개선 제어기법', 전력전자학회 논문지, pp. 85-88, 1996. 6 

  5. O. Garcia et al., 'Power factor correction: A survey', in Proc. IEEE PESC, pp. 8-12, 2001, June 

  6. Jing Sun, B.E., 'New Leading/Trailing Edge Modulation Strategies for Two-Stage PFC AC/DC Adapters to Reduce DC-LINK Capacitor Ripple Current', Master thesis, Texas A&M University, 2007, May 

  7. Abraham I. Pressman, 'Switching Power Supply Design', McGraw Hill, pp. 563-609, 1998 

  8. 정영석, 문건우, 이준영, 윤명중, '평균화 모델을 이용한 역률개선 제어기법', 전력전자학회 논문지, pp. 85-88, 1996. 6 

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