[논문]단방향 보조 스위치를 갖는 개선된 소프트 스위칭 인버터

손세진; 이귀준; 김래영; 현동석

[국내논문] 단방향 보조 스위치를 갖는 개선된 소프트 스위칭 인버터
An Improved Soft-Switching Inverter with An Unidirectional Auxiliary Switch 원문보기

손세진 (한양대학교) , 이귀준 (한양대학교) , 김래영 (한양대학교) , 현동석 (한양대학교)

In this paper, novel unidirectional auxiliary resonant commutated pole is proposed to improve the performance of zero-voltage soft-switching inverter. The proposed circuit keeps the advantages of the original soft-switching inverter, while providing more effective resetting capability in magnetizing current. Based on the advanced reset mechanism, auxiliary switches operate under a complete zero-current condition. The operating principle and steady-state analysis are presented theoretically, according to its operating modes. Accordingly, it proves the fact that the proposed unidirectional auxiliary resonant commutated pole breaks an unwanted magnetizing current loop effectively. The performance of the proposed circuit is verified by several simulation results.

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문제 정의

본 논문에서는 새로운 단방향 보조 공진 전환 폴을 사용한 소프트 스위칭 인버터를 제안한다. 이것은 기존의 결합 인덕터 타입의 장점은 유지하면서 저비용으로 자화 전류를 리셋하여 보조 스위치의 ZCS 동작을 확실하게 할 수 있다.
본 논문에서는 새로운 단방향 보조 공진 전환 폴을 이용하여 기존의 결합 인덕터 타입의 소프트 스위칭 인버터의 장점은 유지하면서 자화 전류를 리셋시키는 방법을 제안하였다. 보조 스위치는 확실하게 ZCS 조건에서 턴오프가 가능하다.

가설 설정

(c)는 제안된 회로를 하나의 leg에서 트랜스포머 등가 회로를 이용해 나타내었다. 초기 상태는 부하 전류는 (+)이며, 아래쪽 메인 스위치의 역병렬 다이오드 D_S2를 통해 부하 전류가 환류되고 있다고 가정한다. 그림 3와 같이 회로 토폴로지의 변화는 8단계로 나눌 수 있다.

대상 데이터

시뮬레이션은 PSIM 소프트웨어를 이용하여 수행되었으며, 그림 4에 제안된 계통 연계형 단상 소프트 스위칭 인버터를 나타내었다. 설계 사양은 V_DC=370V: 출력 Power P_o=3kW, 출력 전압 V_{o_rms}=220V, 스위칭 주파수 f_s=15kHz 이며, 회로의 Parameter값들은 기존 문헌^[2]을 참조하였다. 그림 5은 결합 인덕터의 자화 전류가 리셋되는 파형이며, 부하 전류 모든 영역에서 리셋되고 있는 것을 알 수 있다.
시뮬레이션은 PSIM 소프트웨어를 이용하여 수행되었으며, 그림 4에 제안된 계통 연계형 단상 소프트 스위칭 인버터를 나타내었다. 설계 사양은 V_DC=370V: 출력 Power P_o=3kW, 출력 전압 V_{o_rms}=220V, 스위칭 주파수 f_s=15kHz 이며, 회로의 Parameter값들은 기존 문헌^[2]을 참조하였다.

성능/효과

이것은 기존의 결합 인덕터 타입의 장점은 유지하면서 저비용으로 자화 전류를 리셋하여 보조 스위치의 ZCS 동작을 확실하게 할 수 있다. 모드에 따른 동작 원리가 제공되며, 3kW 급 부하 조건에서의 시뮬레이션 결과를 통해 제안된 논문의 유효성을 증명하였다.
보조 스위치는 확실하게 ZCS 조건에서 턴오프가 가능하다. 제안된 회로는 시뮬레이션을 통해 부하를 경부하에서 정격부하까지 모든 동작 영역에서 자화 전류가 리셋됨을 확인하였다.

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