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저감된 DC Link Capacitor 부피를 가지는 역률 개선 Valley-Fill Flyback 컨버터의 설계 및 구현
Practical Design and Implementation of a Power Factor Correction Valley-Fill Flyback Converter with Reduced DC Link Capacitor Volume 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.22 no.4, 2017년, pp.277 - 284  

김세민 (Hyundai Dymos Co.) ,  강경수 (PESL, Dept. of Electrical Eng., Kookmin University) ,  공성재 (PESL, Dept. of Electrical Eng., Kookmin University) ,  유혜미 (PESL, Dept. of Electrical Eng., Kookmin University) ,  노정욱 (PESL, School of Electrical Eng., Kookmin University)

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For passive power factor correction, the valley fill circuit approach is attractive for low power applications because of low cost, high efficiency, and simple circuit design. However, to vouch for the product quality, two dc-link capacitors in the valley fill circuit should be selected to withstand...

주제어

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문제 정의

  • CM/DM 통합형 Choke는 누설 인덕턴스를 극대화하는 원리를 가지며, 이를 통해 그림 2의 추가 인덕터(Lf)의 삽입 없이 동일한 기능 수행이 가능하다. 또한, 본 논문에서는 Valley-Fill 정류기의 과전압 보호(OVP) 회로의 설계 및 구현 방안에 대해서도 제안한다. 제안 과전압 보호(OVP) 회로는 고압 SCR, Thyristor와 같은 단락 소자를 사용하지 않고, Flyback 컨버터의 주스위치를 활용하여 기능을 구현하였다.
  • 본 논문에서는 저감된 DC Link Capacitor 부피를 가진 역률 개선 Valley-Fill Flyback 컨버터의 설계 및 구현에 대해 제안한다.
  • 본 절에서는 제안 Valley-Fill 정류기의 과전압 보호(OVP) 회로에 대해 서술한다. 그림 7은 Low side 커패시터의 과전압 보호 회로이며, 그림 8은 High Side 커패시터의 과전압 보호 회로이다.
  • 상기 단점들을 개선하기 위해 본 논문에서는 저감된 DC Link Capacitor 부피를 가진 역률 개선 Valley-Fill Flyback 컨버터를 제안한다. 제안 회로는 역률 개선을 위해 EMI Filter 부의 Choke를 CM/DM 통합형 Choke로 적용한다.
  • 제안 과전압 보호(OVP) 회로는 고압 SCR, Thyristor와 같은 단락 소자를 사용하지 않고, Flyback 컨버터의 주스위치를 활용하여 기능을 구현하였다. 이를 통해 제안 회로의 부피 및 원가 절감 가능성을 제시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Valley-Fill 정류기의 장점은? Valley-Fill 정류기는 수동 소자들 만의 구성으로 역률 규제(NIEEE1000-3-2)를 만족할 뿐만 아니라, DC Link 전해 커패시터의 전압 Stress가 AC Line 평활 전압 최대치의 절반이므로, 작은 내압의 전해 커패시터 사용이 가능하여, 가격 및 부피 저감이 가능하다. 그러나 양산을 고려할 경우, 1개의 커패시터라도 단락이 되면 다른쪽 커패시터가 과전압에 의한 방폭이 발생된다.
인덕터 삽입형 Valley-Fill Flyback 컨버터 회로의 장점은 무엇인가? 그림 2는 기존 기술인 인덕터 삽입형 Valley-Fill Flyback 컨버터 회로이다. 이러한 단일 전력단 회로 구성을 통해 역률 및 고조파 개선이 가능하며, 회로 설계가 매우 간단한 장점을 갖는다. 그러나 정류부에 설치된 Lf는 수백 uH 또는 수 mH 수준의 큰 값이 필요하며, 기존 Boost PFC 회로를 사용하는 것에 비해 부피 절감 효과를 기대하기에는 한계가 있다[5],[6].
기존 80W급 Adapter에 적용된 two-stage 구성의 컨버터 회로의 단점은 무엇인가? 기존 회로는 크게 EMI Filter부, Boost PFC(power factor correction) 컨버터, Flyback 컨버터로 구성되어 있고, Boost PFC 컨버터를 채용함으로써 역률 및 고조파 특성을 만족시킨다. 그러나 이러한 구성은 각각의 Boost PFC와 Flyback 컨버터 구동을 위한 제어 IC가 2개 이상 필요하게 되고, 이는 회로의 구성 소자수를 증가시키는 문제가 있다. 또한, 다수의 자성소자(Choke, 인덕터, 트랜스포머)와 전력 단스위칭 소자(MOSFET, Diode)가 사용되어 회로 부피 및 원가를 증가시킨다. 상기 문제점 해결을 위해 기존에는 인덕터를 정류부에 부착하거나, Valley-Fill 회로와 같은 수동형 Filter를 사용하여 역률을 개선하고 소자의 개수를 저감했다[1]-[4].
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참고문헌 (10)

  1. P. Parto and K. Smedley, "Passive PFC for flyback converters," PCIM 99, Chicago, 1999. 

  2. M. H. Kheraluwala and S. A. El-Hamamsy, "Modified valley fill high factor electronic ballast for compact fluorescent lamps," in Proc. IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 10-14, Aug. 2002. 

  3. J. Lam and P. K. Jain, "A new passive valley fill dimming electronic ballast with extended line current conduction angle," Telecommunications Energy Conference, 11-3, Sep. 2006. 

  4. K. K. Sum, "Valley-fill power factor correction circuit," U.S. Patent 6,141,230, Oct. 31, 2000. 

  5. N. Y. Choi, C. G. Ahn, and C, H. Lee, "A new valley-fill circuit for improving power factor," The Institute of Electronics Engineers of Korea Annual Conference, Vol. 26, No. 1, pp. 2935-2938, Jul. 2003. 

  6. N. Y. Choi and C. H. Lee, "Current THD improvement of valley-fill rectifier," Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 22, No. 1, pp. 87-94, Jan. 2008. 

  7. S. M. Kim, S. Y. Kim, S. J. Kong, K. S. Kang, and C. W. Roh, "Practical design and implementation of valley-fill flyback converter having power factor correction," the Korean Institute of Power Electronics Annual Conference, pp. 225-226, Jul. 2016. 

  8. J. J Ko, J. H. Choi, S. K. Kim, J. J. Park, D. Y. Cho, and C. W. Roh, "Reactor design using the leakage inductances of CM choke," the Korean Institute of Power Electronics Annual Conference, pp. 277-278, Jul. 2012. 

  9. B. S. Kim, S. E. Kim, K. S. Kang, and C. W. Roh, "Application of reduced inductor for interleaved PFC converter," The Korean Institute of Power Electronics Annual Conference, pp. 339-340, Jul. 2013. 

  10. R. W. Erickson and D. Maksimovic, "Fundamentals of power electronics," Second Edition, Kluwer Academic Publishers, pp. 121-181, 2000. 

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