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2MHz, 350W급 Full-Bridge DC-AC 컨버터 설계
Design of 2MHz, 350W Full-Bridge DC-AC converter 원문보기

대한전기학회 2008년도 학술대회 논문집 정보 및 제어부문, 2008 Oct. 31, 2008년, pp.526 - 527  

정중기 (한양대학교 전자전기제어계측공학과) ,  김훈 (한양대학교 전자전기제어계측공학과) ,  김희준 (한양대학교 전자컴퓨터공학부)

초록
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본 논문은 MOSFET을 스위칭 소자로 사용한 350W급 2MHz 병렬공진 DC-AC 컨버터를 제안한다. 제안된 DC-AC 컨버터는 스위치의 전압스트레스 크기가 입력전압과 동일한 값으로 주어져 기존의 절연형 컨버터들 중에서 가장 낮은 전압 스트레스 값을 가지고 입력전압의 크기와 출력전력의 크기를 고려하여 풀-브리지 컨버터 토폴로지를 채택하였다. MOSFET 게이트 구동펄스는 50% 시비율이며, 구동트랜스포머를 사용하여 DC-AC 컨버터의 플로팅 스위치를 구동하였다. DC-AC 컨버터의 입력 전압은 50V, 부하저항은 $500{\Omega}$의 무유도 저항을 이용했다. 출력전압과 출력전류의 실효치는 각각 430V, 800mA 이고 효율은 82.5%에 도달하였다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 트랜스포머의 턴 비는 1:5의 비율로 구성하였으며 제작 과정 중 고주파동작에 의하여 코일과 코일사이의 미세한 공간에 의도하지 않게 생길 수 있는 기생캐패시터 성분을 최소화하기 위해 1, 2차 각각의 층마다 절연을 시킴으로서 고주파에서도 안정적으로 동작 할 수 있도록 하였다. 2차측 공진회로에서 인덕터는 공심코일로 인덕터를 제작하였고, 고주파용 캐패시터를 부하저항과 병렬로 연결하여 사용하였다. 이러한 연결은 전력변환의 최대점에서 운전 할 경우 스위칭전류가 과다하게 흐를 수 있는 직렬공진의 단점을 개선시킬 수 있는 장점을 가지고 있다[4].
  • 스위칭소자는 2MHz의 동작주파수를 가지는 게이트 구동펄스에 적합한상숭시간(Tr)과 하강시간(#을 가지는 MOSFET을 선정하였다. 또한 스위칭소자의 손실을 최소화하기 위하여 MOSFET의 병렬구동을 채택하였다.
  • 각 점에서의 효율을 측정하였다. 부하저항은 알반 저항 성분에서 어쩔 수 없이 발생될 수 있는 유도성분을 무시 할 수 있을 정도로 작게 구성하기 위해 무유도 저항을 사용하여 실험하였다.
  • 이렇게 하여 얻어진 시간지연을 갖는 4개의 구형파에서 플로팅 되어진 상암 MOSFET 의 스위칭신호를 구동시키기 위하여 구동트랜스포머를 사용하였다.
  • 제안된 DOAC 컨버터는 실험을 통해 출력전압과 출력전류의 파형을 측정하여 최종 출력을 계산했고, 입력전압을 5V에서 50V까지 5V 단위로 가변시키면서 각 점에서의 효율을 측정하였다. 부하저항은 알반 저항 성분에서 어쩔 수 없이 발생될 수 있는 유도성분을 무시 할 수 있을 정도로 작게 구성하기 위해 무유도 저항을 사용하여 실험하였다.
  • 지금까지 풀-브리지 컨버터 토폴로지를 적용한 DC-AC 컨버터에 대하여기술하였다. 본 논문에서는 기존의 고주파형 인버터에 관한 논문에서 확인할 수 있었던 수백KHz대의 동작주파수 보다 훨씬 높은 주파수 대역에서 350W급의 출력과 80% 이상의 효율을 얻을 수 있었다.
  • <그림 2>의 파형을 보면 2개의 상암 게이트 구동펄스(Ql, 2, Q5, 6)와 하암 게이트 구동펄스(Q3, 4, Q7, 8)가 40ns의 데드타임을 가지고 있어 풀-브리지 토폴로지의 DC-AC 컨버터의 스위치 구동소자에 암단락을 방지할 수 있으며 결과적으로 원활하게 신호를 공급할 수 있음을 알 수 있다. 트랜스포머의 턴 비는 1:5의 비율로 구성하였으며 제작 과정 중 고주파동작에 의하여 코일과 코일사이의 미세한 공간에 의도하지 않게 생길 수 있는 기생캐패시터 성분을 최소화하기 위해 1, 2차 각각의 층마다 절연을 시킴으로서 고주파에서도 안정적으로 동작 할 수 있도록 하였다. 2차측 공진회로에서 인덕터는 공심코일로 인덕터를 제작하였고, 고주파용 캐패시터를 부하저항과 병렬로 연결하여 사용하였다.

대상 데이터

  • 나타낸다. 구동을 위한 클럭신호는 2MHz의 주파수에 50%로 고정되어진 시비율, 5V의 진폭을 가지는 구형파(1)를 사용하였다. 지연회로는 슈미트 트리거와 RC 적분기로 구성되어져 있고, 저항과 캐패시터의 값을 가변하여 원하는 시간지연(II)을 얻을 수 있다.
  • 스위칭소자는 2MHz의 동작주파수를 가지는 게이트 구동펄스에 적합한상숭시간(Tr)과 하강시간(#을 가지는 MOSFET을 선정하였다. 또한 스위칭소자의 손실을 최소화하기 위하여 MOSFET의 병렬구동을 채택하였다.
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