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다수의 다이오드 정류기와 연결된 풀 브릿지 DC-DC 컨버터의 분석 및 제어
Analysis and Control of Full Bridge DC-DC Converter with Multiple Diode Rectifiers 원문보기

전력전자학회 2018년도 전력전자학술대회, 2018 July 03, 2018년, pp.261 - 263  

이윤로 (서울대학교) ,  권용철 (서울대학교) ,  설승기 (서울대학교)

초록
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본 논문에서는 다수의 고주파 단상 변압기를 사용하여 다수의 독립된 직류 전압원을 만들 수 있는, 여러 다이오드 정류기와 연결된 풀 브릿지 DC-DC 컨버터에 대한 분석 및 제어 기법을 제안한다. 본 토폴로지의 경우 제어 대상인 2차단 직류단이 다수이지만 1차단 스위칭 회로가 하나의 풀 브릿지 회로이기 때문에 2차단 전압의 개별 제어를 위한 자유도가 부족하다. 이에 따라 다수 직류단 전압의 평균 값을 제어하는 방식이 사용된다. 이때, 각 직류단에 다른 용량의 부하가 연결되어 있는 상황에 대하여 상세한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 제시된 토폴로지(Topology)를 하드 스위칭 기반의 DCM(Discontinuous Conduction Mode) 및 CCM(Continuous Conduction Mode) 동작의 경우에 대해 분석한다. 이를 바탕으로, 직류단 전압 제어를 위한 전향 보상 및 안티 와인드업을 포함하는 Integral and Proportional (IP) 제어기를 구성하고, 제어기 이득 및 전향 보상을 수식화 한다. 최종적으로 구해지는 제어기의 전달 함수를 통해, 제어기가 정확하게 설계되었는지 컴퓨터 시뮬레이션으로 검증한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 다수의 다이오드 정류기와 연결된 풀브릿지 DC-DC 컨버터에 대하여, DCM 및 CCM 기반의 분석과 직류단 평균 전압 제어 기법을 제안하였다. 또한 제안된 제어기를 2차 LPF의 형태로 수식화하였고, 제어기 이득 튜닝을 통해 제어기의 동특성을 조절할 수 있도록 하였다.
  • 이때, 각 직류단에 다른 용량의 부하가 연결된 상황에 대한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 우선, 그림2.1과 같은 하나의 다이오드 정류기가 풀 브릿지 회로에 결선된 상황에서, 하드 스위칭 기반의 DCM 및 CCM에서의 동작을 분석한다.[2] 이 분석을 바탕으로, 다수의 다이오드 정류기가 결선된 상황에서, 직류단전압들의 평균 값 제어를 위한 제어기를 설계한다.

가설 설정

  • 풀 브릿지의 스위칭에 따라 변압기 2차측 권선에 흐르는 다이오드 정류기의 입력 전류와, 그로 인해 변동하는 직류단 전압의 관계를 수식화하기 위하여, 먼저 아래의 그림 2.1과 같이 풀 브릿지 DC-DC컨버터에 하나의 다이오드 정류기가 결선된 상황을 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 토폴로지의 단점은? 본 토폴로지는 컨버터를 구성하는 능동 소자 및 게이팅 신호의 수를 최소화함으로써, 시스템의 가격을 낮추고 신뢰성을 높일 수 있다. 반면, 다이오드를 통해 전력 전달이 이루어지기 때문에 회생 운전은 불가능하다.
본 토폴로지의 제어 자유도가 부족한 이유는? 한편, 본 토폴로지는 제어 대상 직류단이 다수이지만 스위칭 회로가 하나의 풀 브릿지 회로이기 때문에 제어의 자유도가 부족하다. 따라서 각 직류단 전압의 개별 제어는 불가능하고, 다수 직류단 전압의 평균값을 제어한다.
본 토폴로지는 어떻게 시스템의 가격을 낮추고 신뢰성을 높일 수 있는가? 본 토폴로지는 컨버터를 구성하는 능동 소자 및 게이팅 신호의 수를 최소화함으로써, 시스템의 가격을 낮추고 신뢰성을 높일 수 있다. 반면, 다이오드를 통해 전력 전달이 이루어지기 때문에 회생 운전은 불가능하다.
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