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전기자동차 탑재형 충전기용 부하직렬공진형 컨버터의 최적 공진주파수 설계
Design of Optimal Resonant Frequency for Series-Loaded Resonant DC-DC Converter in EVs On-Board Battery Charger Application 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.17 no.1, 2012년, pp.77 - 84  

오창열 (School of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  김종수 (Power Center, Material & Device Research Center, Samsung Advanced Institute of Technology) ,  이병국 (School of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes the process of optimal resonant frequency design with full-bridge series-loaded resonant dc-dc converter in a high efficiency 3.3 kW on-board battery charger application for Electric Vehicles and Plug-in Hybrid Electric Vehicles. The optimal range of resonant frequency and switc...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 EVs 혹은 PHEVs의 OBC에 적용된 SRC의 최적 공진 주파수를 설계하기 위하여 공진 네트워크의 사이즈 및 주요 소자들의 손실 분석을 수행하였다. 이러한 과정을 위하여 다양한 주파수 영역에서 각 부분별 손실으로 구성된 총 손실을 구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스위칭 주파수가 증가하면 나타나는 현상은? 공진형 컨버터는 공진주파수와 공진 네트워크 (Lr, Cr)의 설계에 따라 특성이 달라지며, 시스템 사양과 함께 고려하면 적절한 스위칭 주파수의 범위가 결정된다. 스위칭 주파수의 증가는 자성소자와 수동소자의 손실을 저감하고 체적 및 무게를 감소시키지만, 필연적으로 반도체 소자의 스위칭 손실 증가로 이어진다. 이와 반대로 스위칭 주파수가 감소하면 반도체 소자의 손실은 감소하지만, 자성소자와 수동소자의 체적 및 무게 증가는 피할 수 없다.
공진형 컨버터는 어떤 것에 따라 특성이 달라지는가? 공진형 컨버터는 공진주파수와 공진 네트워크 (Lr, Cr)의 설계에 따라 특성이 달라지며, 시스템 사양과 함께 고려하면 적절한 스위칭 주파수의 범위가 결정된다. 스위칭 주파수의 증가는 자성소자와 수동소자의 손실을 저감하고 체적 및 무게를 감소시키지만, 필연적으로 반도체 소자의 스위칭 손실 증가로 이어진다.
공진 네트워크의 사이즈 및 주요 소자들의 손실 분석 과정은 어떠한가? 본 논문에서는 EVs 혹은 PHEVs의 OBC에 적용된 SRC의 최적 공진 주파수를 설계하기 위하여 공진 네트워크의 사이즈 및 주요 소자들의 손실 분석을 수행하였다. 이러한 과정을 위하여 다양한 주파수 영역에서 각 부분별 손실으로 구성된 총 손실을 구하였다. 또한, 동일한 조건에서 수동소자 및 자성소자의 사이즈 변화 역시 분석하고, 그 결과를 토대로 부하인 배터리의 충전영역과 비교하여 수행된 설계의 적합성을 보였다.
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참고문헌 (12)

  1. M. M. Morcos, C. R. Mersman, G. G. Sugavanam, and N. G. Dillman, "Battery chargers for electric vehicles", IEEE Power engineering Review, pp. 8-11, 2000, November. 

  2. Y. C. Chiang, Y. L. Ke, H. S. Chuang, and H. K. Chen, "Implementation and analysis of an improved series-loaded resonant dc-dc converter operating above resonance for battery chargers", IEEE Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (ICPS) 2008, pp. 1-8, 2008, May. 

  3. 김종수, "전기자동차용 탑재형 충전기의 공진 Network 최적 설계에 관한 연구", 성균관대학교 대학원 박사논문, 2011 

  4. M. P. Robinson and J. Clegg, "Improved determination of Q-factor and resonant frequency by a quadratic curve fitting method", IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibility, Vol. 47, No. 2, pp. 399-402, 2005, May. 

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  6. S. Santoso and A. Maitra, "Empirical estimation of system parallel resonant frequencies using capacitor switching transient data", IEEE Trans. Power Del., Vol. 20, No. 2, pt. 1, pp. 1151-1156, 2005, Apr. 

  7. N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Rbbins, "Power electronoics - converter, application and design," 3rd ed., John Wiley & Sons, Inc., 2003. 

  8. R. L. Steigerwald, "A comparison of half-bridge resonant converer topologies", IEEE Trans. Power. Electron., Vol. 3, No. 2, pp. 174-182, 1988, April. 

  9. J. J. Chen, F. C. Yang, C. C. Lai, Y. S. Hwang, and R. G. Lee, "A high efficiency multimode Li-Ion battery charger with variable current source and controlling previous-stage supply voltage", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 56, No. 7, pp. 2469-2478, 2009, July. 

  10. C. W. T. McLyman, "Transformer and inductor design handbook", 3rd Ed, Marcel Dekker Inc. New york, 2008. 

  11. WIMA Corporation [Online], http://www.wima.de/EN/WIMA_FKP_1.pdf. 

  12. TDK Corporation [Online], "Ferrite for switching power supplies", Feb. 2010, http://www.tdk.co.jp/tefe02/e140_1.pdf. 

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