[논문]상용차를 위한 무시동 에어컨 압축기용 공진형 DC/DC 컨버터 개발

한근우; 김성곤; 정영국; 임영철

doi:10.6113/tkpe.2014.19.6.557

[국내논문] 상용차를 위한 무시동 에어컨 압축기용 공진형 DC/DC 컨버터 개발
Development of the Anti-Start Air Conditioner Compressor Resonant DC/DC Converter for Commercial Vehicle 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.19 no.6, 2014년, pp.557 - 563

한근우 (Jeonbuk Institute of Automotive Technology(JIAT)) , 김성곤 (Jeonbuk Institute of Automotive Technology(JIAT)) , 정영국 (Dept. of Electrical Engineering, Daebul University) , 임영철 (Dept. of Electrical Engineering, Chonnam Nat'1 Univ.)

Abstract ▼ AI-Helper

This study deals with a resonant converter of an anti-start air conditioner compressor for commercial vehicles. The anti-start air conditioner compressor must generally have a high current, high efficiency, a low volume, and a low weight. To reduce the switching losses and voltage and current stresses of the device, the anti-start air conditioner compressor applies the full-bridge L-C resonant converter topology. Hardware parameters are designed to have a wide voltage range, and the switching frequency range of the L-C resonant converter is determined. Simulation is implemented using PSIM and an experiment is performed to verify the proposed converter.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 상용차량을 위한 무시동 에어컨용 압축기 인버터의 전원공급용 공진형 DC/DC 컨버터를 제안하였다. 제안된 방식의 컨버터는 상용차량에서 사용하고 있는 24V 저압의 배터리 전원 기반으로 260V 이상 승압(10배 이상)이 가능한 공진형 DC/DC 컨버터이다.

제안 방법

본 논문에서는 승압을 위해 출력단에 다이오드와 콘덴서의 배압회로를 이용하는 공진형 DC/DC 컨버터를 사용했으며, 10배 이상의 승압을 위해 2개의 배압회로를 직렬 연결하였다. 제안된 방식의 컨버터는 직렬 L-C 공진을 이용하여 스위칭 손실을 저감 하였으며, L-C 공진 회로에서 필요한 리액턴스 성분은 변압기 누설리액턴스로 대체함으로서 전체 시스템 사이즈 및 비용을 감소를 고려하였다.
본 논문에서는 승압을 위해 출력단에 다이오드와 콘덴서의 배압회로를 이용하는 공진형 DC/DC 컨버터를 사용했으며, 10배 이상의 승압을 위해 2개의 배압회로를 직렬 연결하였다. 제안된 방식의 컨버터는 직렬 L-C 공진을 이용하여 스위칭 손실을 저감 하였으며, L-C 공진 회로에서 필요한 리액턴스 성분은 변압기 누설리액턴스로 대체함으로서 전체 시스템 사이즈 및 비용을 감소를 고려하였다.^[5,6,7]
끝으로 제안된 공진형 DC/DC 컨버터에 관한 연구의 타당성 검증을 위해 PSIM을 이용한 시뮬레이션과 프로토타입의 하드웨어를 통해 입증하고자 한다.
제안된 공진형 컨버터의 동작을 확인하기 위해 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션은 Powersim사의 PSIM을 이용하였으며, 파라메터는 표 1과 같다.
본 논문에서는 상용차량을 위한 무시동 에어컨용 압축기 인버터의 전원공급용 공진형 DC/DC 컨버터를 제안하였다. 제안된 방식의 컨버터는 상용차량에서 사용하고 있는 24V 저압의 배터리 전원 기반으로 260V 이상 승압(10배 이상)이 가능한 공진형 DC/DC 컨버터이다. 제작된 하드웨어는 ZCS를 이용한 소프트 스위칭 방식으로 손실을 최소화 하였다.
제작된 하드웨어는 ZCS를 이용한 소프트 스위칭 방식으로 손실을 최소화 하였다. 또한 L-C 공진을 위한 인덕터와 커패시터를 절연형 변압기의 누설리액터와 배압 회로의 커패시터로 대체하여, 시스템의 간소화와 가격경쟁력을 확보 하였다.
제안된 방식의 공진형 DC/DC 컨버터 설계에 대한 타당성의 검증하기 위해 시뮬레이션 툴인 PSIM과 프로토타입의 하드웨어를 구성하여 실험하였다. 실험 결과 ZCS에 의한 공진특성으로 컨버터의 안정적인 동작과 약 95.

대상 데이터

그림 11은 실험을 위해 구성된 공진형 DC/DC 컨버터이다. 제어기는 DSP TMS320F28035를 사용하였다. 전압과 전류를 검출하여, A/D 컨버터로 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킨다.

이론/모형

컨버터의 효율 개선 및 고조파 노이즈 감소를 위해서는 L-C 공진을 이용한 영전류 스위칭기법(Zero Current Switching) 방식을 사용하여야 하며 이를 위해 컨버터에는 절연변압기의 누설 리액턴스와 배압회로의 콘덴서를 사용하였다. 그 결과 회로의 구조는 간단해지며, 비용 절감의 장점을 가질 수 있다.
를 변압기 1차측으로 환원한 등가회로이다. L-C 공진형 컨버터의 복잡한 모델에 대해 정확한 해석은 쉽지 않지만, 1고조파 근사해석법(first harmonics approximation)을 사용하여 교류 등가회로를 나타내었다. 고주파 변압기가 이상적이라 가정하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
제안된 공진형 컨버터의 동작을 확인하기 위해 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션은 Powersim사의 PSIM을 이용하였으며, 파라메터는 표 1과 같다.

성능/효과

MOSFET 스위칭 신호 SW₁의 온/오프에 따라 ZCS(Zero Current Switching)와 공진이 잘 이루어짐을 볼 수 있으며, 실험 결과는 시뮬레이션 결과 파형과 일치함을 볼 수 있다.
제안된 방식의 공진형 DC/DC 컨버터 설계에 대한 타당성의 검증하기 위해 시뮬레이션 툴인 PSIM과 프로토타입의 하드웨어를 구성하여 실험하였다. 실험 결과 ZCS에 의한 공진특성으로 컨버터의 안정적인 동작과 약 95.6[%]의 효율을 확인 하였다.

후속연구

향후 자동차와 함께 신재생 에너지, 연료전지 등 다양한 DC전원 공급용 컨버터로 활용이 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	차량용 에어컨시스템은 무엇인가?	차량용 에어컨시스템은 엔진의 가동(주행 또는 공회전)에 의해 발생하는 에너지를 이용하여 운전자가 원하는 차량실내온도를 유지시켜주는 장치를 말한다. 일반적인 에어컨시스템의 작동은 엔진 구동력의 일부를 활용한다.
	Euro III Emission 규제에 맞춰 출시되는 차량은 무엇이 의무화되어 있는가?	때문에 필요한 냉방 동력을 위해 대형엔진을 구동하게 함으로써 과도한 연료 소비와 배기가스에 의한 환경오염이 발생한다. 이외에도 Euro III Emission 규제에 맞춰 출시되는 차량은 5분 이상의 차량 공회전 발생 시 엔진이 자동으로 정지되는 제어시스템의 장착이 의무화되어 있다. 때문에 화물차량 및 고속 버스 차량 등과 같은 상용차량에 있어서의 정차시 냉방 문제는 반드시 해결해야 할 문제이다.
	무시동 에어컨용 압축기 인버터의 전원공급용 공진형 DC/DC 컨버터는 어떤 이점이 있는가?	제안된 방식의 컨버터는 상용차량에서 사용하고 있는 24V 저압의 배터리 전원 기반으로 260V 이상 승압(10배 이상)이 가능한 공진형 DC/DC 컨버터이다. 제작된 하드웨어는 ZCS를 이용한 소프트 스위칭 방식으로 손실을 최소화 하였다. 또한 L-C 공진을 위한 인덕터와 커패시터를 절연형 변압기의 누설리액터와 배압 회로의 커패시터로 대체하여, 시스템의 간소화와 가격경쟁력을 확보 하였다.

참고문헌 (10)

M. S. Choi, S. G. Song, S. J. Park, D. K. Kim, and Y. G. Kim, "Development of high efficiency boost DC/DC converter for EV," Journal of KIPE, Vol. 15, No. 2, pp. 127-133, 2010.

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I. A. Khan, "DC-to-DC converters for electric and hybrid vehicles," Power Lectronics in Transportation, 20-22, pp. 113-122, Oct. 1994.
T. S. Park, "Energy conversion system using a novel multi-mode DC/DC converter for hybrid electric vehicles," Journal of KIPE, Vol. 18, No. 2, pp. 192-198, 2013.

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C. Y. Oh, J. S. Kim, and B. K. Lee, "Design of optimal resonant frequency for series-loaded resonant DC-DC converter in EVs on-board battery charger application," Journal of KIPE, Vol. 17, No. 1, pp. 77-84, Feb. 2012.

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H. S. Choi, "Design consideration of half bridge LLC resonant converter," Journal of Power Electronics, Vol. 7, No. 1, pp. 13-20, Jan. 2007.

원문보기 상세보기
B. C. Kim, K. B. Park, C. E. Kim, B. H. Lee, and G. W. Moon, "LLC resonant converter with adaptive link-voltage variation for a high-power-density adapter," IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 25, No. 9, Sep. 2010.
G. Pledl, M. Tauer, and D. Buecherl, "Theory of operation, design procedure and simulation of a bidirectional LLC resonant converter for vehicular applications," in Proc. IEEE Vehicle Power and ropuls. Conf., pp. 1-5, Sep. 1-3, 2010.
W. C, P. Rong, and Z Lu, "Snubberless bidirectional DC-DC converter with new CLLC resonant tank featuring minimized switching loss," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 57, pp. 3075-3086, Sep. 2010.

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G. Pledl, M. Tauer, and D. Buecherl, "Theory of operation, design procedure and simulation of a bidirectional LLC resonant converter for vehicular applications," in Proc. IEEE Vehicle Power and Propuls. Conf., pp. 1-5, Sep. 1-3, 2010.
J. S. Park and S. W. C, "Development of 12V, 1000A isolated bidirectional resonant DC-DC converter," Journal of KIPE, Vol. 19, No. 1, pp. 57-63, Feb. 2014.

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