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낮은 변압기 턴비를 갖는 고승압.대전력용 3상 ZVS DC-DC컨버터
Three-Phase ZVS DC-DC Converter with Low Transformer Turn Ratio for High Step-up and High Power Applications 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.16 no.3, 2011년, pp.242 - 249  

김준근 (카코 뉴에너지(주) 선행기술연구소) ,  박찬수 (서울과학기술대 제어계측공학과) ,  최세완 (서울과학기술대 제어계측공학과) ,  박가우 ((주)지필로스 기술연구소)

초록
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제안하는 컨버터부스트 하프브리지-전압 더블러를 각각 병렬-직렬로 연결하여 출력전력 및 출력전압을 증대시키므로 고승압 대전력 응용에서 소자의 선정이 용이하다. 특히 고주파변압기 턴 비를 작게 할 수 있고 DC 오프셋이 제거되어 최적의 변압기 설계가 가능하며, 3개의 코아로 전력이 분배되어 Low Profile 및 열 분산에 유리하다. 제안하는 컨버터는 전 영역(0 ∼ 1)의 듀티 사용으로 스타트업 및 추가의 클램프회로가 필요 없으며 입력전압 변동이 큰 응용에 적합하다. 또한 넓은 듀티영역에서 스위치의 ZVS 턴온과 다이오드의 ZCS 턴온 턴오프가 성취되므로 고효율을 달성할 수 있다. 제안하는 컨버터를 5 kW급 시작품으로 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The proposed converter has easy device selection for high step-up and high power applications since boost half bridge and voltage doubler cells are connected, respectively, in parallel and series in order to increase output power and voltage. Especially, optimized design of high frequency transforme...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 고승압 대전력 응용에 적합한 3상 ZVS DC-DC 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 부스트 하프브리지-전압 더블러를 직렬로 연결하여 출력전압을 배가시키므로 변압기 턴비를 작게 할 수 있고 DC 오프셋 및 순환전류가 없다.

가설 설정

  • 제안하는 컨버터의 주요파형과 동작원리를 각각 그림 2와 그림 3에 나타내었다. 동작설명의 단순화를 위해 입력 필터의 크기는 충분히 커서 일정한 전류원으로 가정하고 클램프 커패시터와 출력 커패시터도 충분히 커서 일정한 전압원으로 가정한다. 클램프 커패시터와 출력 커패시터의 전압은 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3상 DC-DC 컨버터의 장점은? 이같이 전력이 증대됨에 따라 최근 대전력의 응용에 적합한 3상 DC-DC 컨버터가 제안되었다[1∼7]. 3상 DC-DC 컨버터는 단상 DC-DC 컨버터에 비해 전류정격이 감소되어 소자 선정이 용이하고, 인터리빙 동작으로 입출력 수동 필터의 크기가 작아지며 변압기의 부피를 저감하는 장점을 갖는다.
Dual Active Bridge 컨버터 방식의 단점은? 1, 2차측 스위치 모두 소프트 스위칭이 가능하다. 그러나 이 방식은 위상차가 큰 경우 무효전류가 커져 입력변동이 큰 응용에는 적합하지 않다. 승압형 3상 전압원 컨버터로서 V6 컨버터 [2]가 제안되었는데 3상의 고주파변압기를 △-Y 결선 하여 턴비를 반으로 줄여 전압원의 단점인 높은 턴비 의 문제를 해결하였다.
최근 어느 분야에서 DC-DC 컨버터의 필요성이 증대되고 있는가? 최근 연료전지발전, 태양광발전, 하이브리드 자동차, UPS등의 응용분야에서 절연형 DC-DC 컨버터의 필요성이 증대되고 있으며 이와 함께 요구되는 전력도 증대되고 있는 추세이다. 기존의 풀브리지, 하프브리지, 푸시풀 등의 토폴로지를 이러한 대전력에 적용하는 경우 소자의 전류부담이 크고 적절한 소자의 선정이 어렵게 된다.
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참고문헌 (9)

  1. D. M. Divan and R. De Doncker, "A three phase soft switched high-power density dc/dc converter for high power applications", IEEE Trans. Ind. Applicat, Vol. 27, No. 1, pp. 63-73, 1991, Jan/Feb. 

  2. J. Lai, "A high-performance V6 converter for fuel cell power conditioning system", IEEE VPPC, pp. 7, 2005. 

  3. H. Cha, P. Enjeti, "A Novel Three-Phase High Power Current-Fed DC/DC Converter with Active Clamp for Fuel Cells", IEEE PESC, pp. 2485-2489, 2007, June. 

  4. S. Oliveira, I. Barbi, "A three-phase step-up DC-DC converter with a three-phase high frequency transformer", IEEE ISIE, pp. 571-576, 2005, June. 

  5. H. cha, J. Choi, B. Han, "A new three-phase interleaved isolated boost converter with active clamp for fuel cells", in Proc. IEEE PESC'08, pp. 1271-1276. 

  6. R. Leandro and I. Barbi, "A Three-Phase Current- Fed Push-Pull DC-DC Converter", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 24, Issue 2, pp. 358-368, 2009, Feb. 

  7. S. Lee, S. Choi, "A three-phase current-fed push-pull DC-DC converter with active clamp for fuel cell applications", IEEE APEC, pp. 1934-1941, 2010, Feb. 

  8. H. Kim, C. Yoon, S. Choi, "An improved current-fed ZVS isolated boost converter for fuel cell applications", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 25, Issue 9, pp. 2357-2364, 2010, Sept. 

  9. 윤현기, 한상규, 문건우, 윤명중, "전압 리플을 이용해 영전류 스위칭하는 두 개의 트랜스포머를 가지는 위상천이 풀-브릿지 컨버터", 전력전자학회 논문지, 제11권 제1호, pp. 14-22, 2006. 

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