[논문]배압 회로를 이용한 인터리브 AC/DC 컨버터의 효율 특성에 관한 연구

서상화; 배진용; 권순도; 엄태민; 김용

doi:10.5207/jieie.2009.23.12.127

배압 회로를 이용한 인터리브 AC/DC 컨버터의 효율 특성에 관한 연구
A Study on the Efficiency of Intereaved AC/DC Converter using Voltage-Doubler 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.23 no.12, 2009년, pp.127 - 135

서상화 (동국대 전기공학과) , 배진용 (특허청) , 권순도 (대림대 전자정보통신계열) , 엄태민 ((주)티엠에스아이엔씨) , 김용 (동국대학교(서울)전기공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 2개의 인덕터를 이용한 인터리브 AC/DC 승압형 컨버터의 듀티 사이클이 0.5 이상일 때 배압 회로 특징을 나타내었다. 일반적으로 AC/DC 승압형 컨버터는 낮은 입력전압(입력 AC 110[V])이 높은 입력전압(입력 AC 220[V])에 비하여 낮은 효율을 갖는다. 제안된 인터리브 AC/DC 승압형 컨버터는 낮은 입력전압에서 배압 회로로 동작함으로 인하여 낮은 입력전압을 사용하는 기존의 컨버터와 비교하여 높은 역률과 향상된 효율을 갖는다. 본 연구에서는 배압 회로 동작하는 하는 인터리브 AC/DC 승압형 컨버터를 제안하고, 모드별 해석과 특성을 논의하였으며, 300[W]급 시작품을 제작하여 그 타당성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the Interleaved AC/DC boost converter using two inductor with voltage-doubler characteristic when it operates with a duty cycle greater than 0.5 is proposed. Generally, the low-line(Input AC 110[V]) operation of the AC/DC boost converter is much less efficient than high-line (Input AC 220[V]) operation. The proposed Interleaved AC/DC boost converter operates as a voltage doubler at low-line. Its low-line range have higher power factor and improved efficiency compared with that of conventional converter. This research proposed the Interleaved AC/DC boost converter for voltage-doubler characteristic. The principle of operation, feature and design considerations is illustrated and the validity of verified through the experiment with a 300[W] based experimental circuit.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 논문에서는 이러한 문제점을 해결을 위하여 배압 회로를 이용한 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터를 제안하였고, 제안된 컨버터는 낮은 입력전압에서 배압(Voltage-Doubler) 동작을 함으로 인하여 기존의 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터보다 높은 효율 및 역률을 가지는 특징이 있다.

가설 설정

그림 3은 제안된 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터 회로의 모식도를 나타낸다. 커패시터 C_B와 C_F는 각각 VX, VO의 전압원으로 가정하고, 컨버터의 구성요소들은 이상적이라고 가정하여 온(On) 상태에서는 0(Zero), 오프(Off) 상태에서는 무한대의 임피던스 값을 갖는 것으로 가정하여 해석하였다.

제안 방법

본 논문에서는 배압 회로를 이용한 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터를 제안하였고 동작 특성 및 모드를 분석하고 시작품을 제작하여 역률 및 효율을 비교하였다. 제안된 컨버터는 기존의 컨버터에 비하여 전 부하 영역에서 효율과 역률이 개선된 것을 확인하였다.
본 연구에서는 제안된 컨버터의 동작원리, 모드별 분석 및 특성에 대하여 논하였고, MOSFET를 사용하여 300[W]급 시스템을 제작했으며 200[kHz]에서 실험하였다.
제안된 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터는 기존의 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터에 단지 1개의 커패시터를 추가함을 통하여 낮은 입력전압(입력 AC 110[V])에서 효율이 향상되는 장점을 지니고 있다.

대상 데이터

제안된 배압 회로를 이용한 인터리브 AC/DC 역률개선 승압형 컨버터의 특성 파악을 위하여 200[㎑], 300[W]급 시작품을 제작하여 실험하였으며, 표 1은 하드웨어 제작에 사용된 소자와 회로 파라미터 값을 나타낸다.

데이터처리

그림 12와 13은 입력 AC 110[V]에서 기존의 컨버터와 제안된 컨버터의 출력 전력에 따른 역률과 효율을 각각 비교한 결과로서 실험은 Voltech사의 전력 분석계 PM3000A를 사용하였고, 입·출력 전압 및 전류를 실측하여 계산하였다.

성능/효과

그 이유로는 듀티가 0.5≤D≤1 영역의 모드 2와 0≤D≤0.5 영역의 모드 4에서 배압 커패시터 CB에 에너지가 충전되기 때문에 입력 전류의 외형률이 개선되었고, 이로 인하여 입력 전류가 0(Zero)로 되는 부분의 왜곡이 줄어들기 때문에 역률 향상을 이룰 수 있었다.
그림 10은 100[%] 부하시, 정류된 입력 전압 · 전류 및 승압 인덕터 전류 파형을 나타낸다. 기존 컨버터에 비해 승압 인덕터에서 전류 연속 모드로 동작하는 부분이 증가하여 역률이 상승하였고, 이로 인하여 효율도 100[%] 부하시 1.4[%] 향상된 것을 확인하였다.
따라서 제안된 컨버터는 스위치의 전압이 V_o로 인가되는 기존의 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터에 비하여 스위치에 전압 스트레스가 저감되는 장점이 있다.
또한, 낮은 입력전압(입력 AC 110[V] 이하)에서 컨버터의 듀티 D는 0.5보다 크므로 제안된 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터는 낮은 입력전압에서 더욱 적합함을 알 수 있다.
5 영역의 모드 4에서 배압 커패시터 C_B에 에너지가 충전되기 때문에 입력 전류의 외형률이 개선되었고, 이로 인하여 입력 전류가 0(Zero)로 되는 부분의 왜곡이 줄어들기 때문에 역률 향상을 이룰 수 있었다. 또한, 제안된 방식은 배압 커패시터 C_B의 충전된 전압으로 인하여 스위치 전압이 V_o-V_X와 V_X 로 교번하므로 기존의 스위치 전압 V_o에 비하여 스위치 전압 스트레스가 저감되는 장점을 가지고 있다.
그림 12와 13은 입력 AC 110[V]에서 기존의 컨버터와 제안된 컨버터의 출력 전력에 따른 역률과 효율을 각각 비교한 결과로서 실험은 Voltech사의 전력 분석계 PM3000A를 사용하였고, 입·출력 전압 및 전류를 실측하여 계산하였다. 제안된 인터리브 AC/DC 승압형 컨버터는 100[%] 부하시 역률은 0.999, 효율은 91.695[%]로서 기존의 인터리브 AC/DC 승압형 컨버터에 비하여 향상된 특성을 보임을 알 수 있었다.
그림 9는 100[%] 부하시, 기존의 컨버터와 제안된 컨버터의 입력전압 110[V]에서 입력 전압 · 전류 및 출력 전압 · 전류 파형을 나타낸다. 제안된 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터의 역률은 0.999로 기존의 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터에 비해 1.1[%] 향상된 것을 확인하였다.
본 논문에서는 배압 회로를 이용한 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터를 제안하였고 동작 특성 및 모드를 분석하고 시작품을 제작하여 역률 및 효율을 비교하였다. 제안된 컨버터는 기존의 컨버터에 비하여 전 부하 영역에서 효율과 역률이 개선된 것을 확인하였다.

후속연구

따라서 제안된 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터는 입·출력 전압 차가 큰 승압형 시스템에 적합하며, 저전압/대전류 입력, 고전압 출력이 요구되는 시스템에 적용이 가능하리라 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존의 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터의 장점은?	기존의 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터는 넓은 입력전압에 대하여 높은 역률과 낮은 출력 리플을 가지며, 승압 인덕터 및 EMI 필터의 크기가 작은 장점을 지니고 있었다. 그러나 기존의 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터는 낮은 입력전압(입력 AC 110[V])에서 동작시 높은 입력전압(입력 AC 220[V])에 비하여 매우 낮은 효율을 보이는 문제점을 내포하고 있다[1-3].
	대전력 분야에서 두 개의 승압형 컨버터를 이용한 인터리브 기술의 장점은?	대전력 분야에서 두 개의 승압형 컨버터를 이용한 인터리브 기술은 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 역률개선 컨버터 및 필터의 크기를 줄여 주기 때문에 매우 유용하게 이용된다. 특히 높은 스위칭 주파수를 이용한 인터리브 기술은 입력 및 출력 리플을 저감하여 인덕터와 차동 모드 EMI 필터 크기를 작게하는 장점을 가진다[1-5].
	본 논문에서는 배압 회로를 이용한 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터를 제안하였고 동작 특성 및 모드를 분석하고 시작품을 제작하여 역률 및 효율을 비교한 결과는?	본 논문에서는 배압 회로를 이용한 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터를 제안하였고 동작 특성 및 모드를 분석하고 시작품을 제작하여 역률 및 효율을 비교하였다. 제안된 컨버터는 기존의 컨버터에 비하여 전 부하 영역에서 효율과 역률이 개선된 것을 확인하였다. 그 이유로는 듀티가 0.5≤D≤1 영역의 모드 2와 0≤D≤0.5 영역의 모드 4에서 배압 커패시터 CB에 에너지가 충전되기 때문에 입력 전류의 외형률이 개선되었고, 이로 인하여 입력 전류가 0(Zero)로 되는 부분의 왜곡이 줄어들기 때문에 역률 향상을 이룰 수 있었다. 또한, 제안된 방식은 배압 커패시터 CB의 충전된 전압으로 인하여 스위치 전압이 Vo-VX와 VX 로 교번하므로 기존의 스위치 전압 Vo에 비하여 스위치 전압 스트레스가 저감되는 장점을 가지고 있다. 따라서 제안된 인터리브 승압형 AC/DC 컨버터는 입․출력 전압 차가 큰 승압형 시스템에 적합하며, 저전압/대전류 입력, 고전압 출력이 요구되는 시스템에 적용이 가능하리라 판단된다.

참고문헌 (6)

B. A. Miwa, D. M. Otten, and M. F. Schlecht, 'High Efficiency Power Factor Correction using Interleaving Techniques,' Proceeding of The APEC 1992, pp. 557-568, Feb. 1992
L. Balogh, and R. Redl, 'Power-Factor Correction with Interleaved Boost Converters in Continuous-Inductor-Current Mode,' Proceeding of The APEC 1993, pp. 168-174, Mar. 1993
서상화, 김용, 권순도, 배진용, 엄태민, '역률과 전류 리플을 개선한 인터리브 AC/DC 컨버터에 관한 연구,' 대한전기학회 춘계학술대회논문집, pp.152-155, Apl. 2009
서상화, 김용, 배진용, 이은영, 권순도, '배압회로를 이용한 인터리브 AC/DC 컨버터에 관한 연구,' 대한전기학회 하계학술대회논문집, pp.254-255, Jul. 2009
Yungtaek Jang, M.M. Jovanovic', 'Interleaved Boost Converter with Intrinsic Voltage-Doubler Characteristic for Universal-Line PFC Front End,' IEEE Transactions on Power Electronics., Vol. 22, No. 4, pp. 1394-1401, Jul. 2007

상세보기
D. Maksimovic and R. Erickson, 'Universal-Input, High-Power-Factor, Boost Doubler Rectifiers,' Proceeding of The APEC 1995, pp. 459-465, Mar. 1995

저자의 다른 논문 :

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