[논문]LVDC 배전을 위한 출력 380V DC-DC 컨버터 설계에 관한 연구

김필중; 양성수; 오병윤

doi:10.7471/ikeee.2020.24.1.208

LVDC 배전을 위한 출력 380V DC-DC 컨버터 설계에 관한 연구
A study on the Design of Output 380V DC-DC Converter for LVDC Distribution 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.24 no.1, 2020년, pp.208 - 215

김필중 (Dept. of Electronics, Chosun College of Science & Technology) , 양성수 (Dept. of Electronics, Chosun College of Science & Technology) , 오병윤 (R&D Division, BMC Co., Ltd.)

초록
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본 연구에서는 LVDC 배전용 출력 380V DC-DC 컨버터를 3가지 유형으로 설계하였고, 시뮬레이션을 통해 3가지 유형의 DC-DC 컨버터의 전압과 전류 특성을 비교 분석하였다. 전력용 MOSFET와 2개의 전류억제용 IGBT를 병렬구조로 적용하여 컨버터를 구성한 경우, 출력 전압이 DC 380V로 안정화 된 시간이 9ms로 비교적 짧았으며, 출력 측 전류 변화 폭도 44.8~50.2A로 IGBT를 적용하지 않았을 경우(68~83A) 보다 훨씬 변화 폭도 작고 전류억제 효과도 더 뛰어남을 알 수 있었다. 이러한 결과는 제안한 LVDC 배전용 DC-DC 컨버터가 스마트 그리드 구축에 적용 가능성이 있음을 시사한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the output 380V direct current DC-DC converter for low-voltage direct current(LVDC) distribution was designed in three types, and the voltage and current characteristics of the three types of DC-DC converter were compared and analyzed through simulation. When the converter was configured using a parallel structure with the power metal-oxide semiconductor field-effect transistor and two current suppression insulated-gate bipolar transistors(IGBTs), the time when the output voltage was stabilized at DC 380V was relatively short with 9ms and the range of output current changes was also between 44.8A and 50.2A, indicating that the width of change was much smaller and the effect of current suppression was greater compared to when IGBT was not applied(68~83A). These results suggest that the proposed DC-DC converter for LVDC distribution is likely to be applied to smart grid construction.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Diagram of DC-DC Converter for LVDC Distribution. 그림 1. LVDC 배전용 DC-DC 컨버터의 개략도
그림 Fig. 2. Configuration diagram of boost type DC-DC converter. 그림 2. 부스트 형 DC-DC 컨버터의 구성도
그림 Fig. 3. Basic circuit of DC-DC converter for output 380V. 그림 3. 출력 380V용 DC-DC 컨버터 기본 회로
그림 Fig. 4. DC-DC Converter Circuit Using IGBT. 그림 4. IGBT를 이용한 DC-DC 컨버터 회로
그림 Fig. 5. Basic circuit of DC-DC converter for output 380V. 그림 5. 출력 380V용 DC-DC 컨버터 기본 회로
그림 Fig. 6. Output Voltage Characteristics of a Converter using Power MOSFET without LC Rectifier Filter. 그림 6. LC 정류 필터가 없을 때 전력용 MOSFET를 이용한 컨버터의 출력 전압 특성
그림 Fig. 7. Output Voltage Characteristics of a Converter Using IGBT without LC Rectifier Filter. 그림 7. LC 정류 필터가 없을 때 IGBT를 이용한 컨버터의 출력 전압 특성
그림 Fig. 8. Output Voltage Characteristics of a Converter Using Parallel IGBTs without LC Rectifier Filter. 그림 8. LC 정류 필터가 없을 때 병렬 IGBT 이용한 컨버터의 출력 전압 특성
그림 Fig. 9. Node Voltage Characteristics of a Converter Using Power MOSFET. 그림 9. 전력용 MOSFET를 이용한 컨버터의 출력 전압 특성
그림 Fig. 10. Node Voltage Characteristics of a Converter Using IGBT. 그림 10. GBT를 이용한 컨버터의 노드 전압 특성
그림 Fig. 11. Node Voltage Characteristics of a Converter Using Parallel IGBTs. 그림 11. 병렬 IGBT를 이용한 컨버터의 노드 전압 특성
그림 Fig. 12. Current Characteristics According to Temperature Change(-25～75℃) of a Converter Using Power MOSFET. 그림 12. 전력용 MOSFET를 이용한 컨버터의 온도 변화 (-25～75℃)에 따른 전류 특성
그림 Fig. 13. Output voltage Characteristics According to TemperatureChange(-25～75℃) of a Converter Using Power MOSFET.그림 13. 전력용 MOSFET를 이용한 컨버터의 온도 변화(-25～75℃)에 따른 출력 전압 특성
그림 Fig. 14. Current Characteristics According to TemperatureChange(-25～75℃) of a Converter Using IGBT.그림 14. IGBT를 이용한 컨버터의 온도 변화(-25～75℃)에따른 전류 특성
그림 Fig. 15. Output voltage Characteristics According to Temperature Change(-25～75℃) of a Converter Using IGBT. 그림 15. IGBT를 이용한 컨버터의 온도 변화 (-25～75℃)에따른 출력 전압 특성
그림 Fig. 16. Current Characteristics According to Temperature Change(-25~75℃) of a Converter Using Parallel IGBTs. 그림 16. 병렬 IGBT를이용한컨버터의온도변화(-25~75℃)에 따른 전류 특성
그림 Fig. 17. Output voltage Characteristics According to Temperature Change(-25~75℃) of a Converter Using Parallel IGBTs. 그림 17. 병렬 IGBT를 이용한 컨버터의 온도 변화(-25~75℃)에 따른 출력 전압 특성

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 이러한 전력 반도체 소자를 이용하여 LVDC 배전에 적용될 수 있도록 출력 전압이 380V이고 부스트(boost) 형태의 DC-DC 컨버터를 설계하고 시뮬레이션을 통해 동작 특성을 분석하여 향후 컨버터 제작 시 기초자료로 활용하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 스마트 그리드 송ㆍ변전 시스템에 서 LVDC 배전용 출력 380V DC-DC 컨버터를 3가지 유형으로 설계하고 시뮬레이션을 통해 전압 및 전류 특성을 연구하였다.

대상 데이터

전력용 MOSFET를 이용한 출력 380V DC-DC 컨버터를 PSPICE 시뮬레이션하기 위해 입력 Vin 은 DC 220V로 인가하였으며, MOSFET를 구동하기 위한 Vg1의 진폭 전압은 20V, 듀티비 D는 출력 전압 평균값이 380V가 되도록 하기 위해 0.42에서 0.45로 변경 적용하였다.

성능/효과

전력용 MOSFET만을 컨버터 회로에 적용하여 구성한 경우 8ms 이후에 비교적 안정적인 출력 전압 파형을 나타냈으며, IGBT 1개만을 컨버터 회로에 추가 적용하였을 경우에는 18ms 이후에, IGBT 2개를 병렬구조로 컨버터 회로에 추가 적용하였을 경우에는 9ms 이후에 안정적인 출력 전압 파형을 나타냈다.

후속연구

결론적으로 LVDC 배전용 DC-DC 컨버터 설계 및 제작 시 구성 회로를 간소화하기 위해 전력용 반도체 소자 도입이 필요하고, 또한 출력 측 전류 폭주를 막기 위해 전류억제용 IGBT 소자를 병렬구조로 적용하는 것이 가장 안정적인 출력 전력을 얻을 수 있으며, 스마트 그리드 구축에 필요한 LVDC 배전용으로 적용 가능할 것으로 기대된다.

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원문보기 상세보기
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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].

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