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넓은 출력 전압제어 특성을 갖는 단일전력단 3레벨 AC/DC 컨버터
Single Stage Three Level AC/DC Converter with Wide Output Voltage Control Range 원문보기

전력전자학회 2017년도 전력전자학술대회, 2017 July 04, 2017년, pp.373 - 374  

마리우스 (전주대학교) ,  허예창 (전주대학교) ,  이지철 (전주대학교) ,  이운경 (전주대학교) ,  김은수 (전주대학교) ,  국윤상 ((주)팩테크)

초록
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최근 개발 및 출시되고 있는 전기자동차(EV) 충전시스템은 3상 AC전원을 입력받아 입력역률개선과 고효율 AC/DC변환을 위한 Interleaved PFC컨버터, Bridgeless PFC컨버터, 3-Level 비엔나정류기(VIENNEA Rectifier) 등의 Topology가 사용되고 있으며, 변환된 DC전압을 입력받아 배터리를 충전하기 위한 절연된 고주파 DC/DC컨버터로 LLC 공진컨버터, 3레벨 컨버터 등이 사용되어 사이즈저감 및 경량화를 꾀하고 있다. 본 논문은 기존 입력역률 개선을 위한 PFC 컨버터와 배터리 충전을 위한 절연형 DC/DC 컨버터 2단으로 구성되어진 충전시스템 대신에 사이즈저감 및 효율개선 그리고 넓은 범위의 출력전압제어(200Vdc~430Vdc)에 대응 할 수 있도록 '단일전력단 3레벨 하이브리드 AC/DC 컨버터'를 제안하였고, 2kW 시제품을 제작하여 실험을 통해 적용 가능성을 입증하였다.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • 3상 AC전원의 입력역률 및 전고조파왜형율 THD를 개선하기 위해 3상 입력단에 필터커패시터(CFa~CF )와 필터인덕터(LFa~LFc)가 연결되어 있고, 필터커패시터의 중성점을 주 스위칭소자 Q2소스와 Q3드레인 사이에 연결하였다.
  • t2~t3구간 주스위칭소자 Q1(또는 Q4)이 턴 오프 되면 승압인덕터(LB1~LB3)는 축적된 에너지를 Link 단입력커패시터(C1, C2)와 정류다이오드, 입력전원, 주스위칭소자의 전류경로로 리셋 되며 불연속 모드로 승압동작을 하게 된다. 또한 절연된 DC/DC컨버터를 위해 변압기T와 공진커패시터(Cr1,Cr2), 플라잉커패시터(CB)로 구성된 LLC 공진회로부를 적용하였으며, 적용 공진회로부는 위상제어와 관계없이 50% 듀티로 교번동작을 하는 Q2, Q3의 일정 스위칭주파수에 따라 공진회로부 2차측에 이득특성에 따른 전압이 인가된다. 따라서 제안된 단일전력단 3레벨 AC/DC컨버터는 기 발표된 3레벨 AC/DC 컨버터와 달리 넓은 출력전압에 대응하기 위해 위상제어를 통해 정류단 전압(VLink)을 제어함으로 일정스위칭주파수에서 동작하는 3레벨 LLC 공진컨버터 2차측 Battery 전압/전류를 제어할 수 있도록 구성하여 별도의 입력역률개선을 위한 승압컨버터 없이 단일전력단 3레벨 AC/DC 컨버터로 넓은 출력전압(200VDC~430VDC)을 제어 할 수 있다.
  • 본 논문에서는 넓은 출력전압 특성을 갖는 2kW 단일전력단 3레벨 AC/DC 컨버터의 시제품 제작 및 실험하였으며, dsPIC33FJ16GS502 16bit DSP를 사용하여 고정스위칭주파수에서 위상제어를 통해 출력전압을 제어하였다. 표 1은 적용 주회로 사양 및 측정된 변압기 파라미터이다.
  • 본 논문은 기존 입력역률 개선을 위한 PFC 컨버터와 배터리 충전을 위한 절연형 DC/DC 컨버터 2단으로 구성되어진 충전시스템 대신에 사이즈저감 및 효율개선 그리고 넓은 범위의 출력전압제어(200Vdc~430Vdc)에 대응 할 수 있도록 ‘단일전력단 3레벨 하이브리드 AC/DC 컨버터’를 제안하였고[3], 2kW 시제품을 제작하여 실험을 통해 적용 가능성을 입증하였다.
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