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고효율 및 고전력밀도 3-레벨 PFC 컨버터
High Efficiency and High Power Density 3-Level Power Factor Correction Converter 원문보기

전력전자학회 2018년도 전력전자학술대회, 2018 July 03, 2018년, pp.207 - 209  

양정우 (국민대학교 POESLA) ,  지상근 ((주)삼성전자) ,  강정일 (국민대학교 POESLA) ,  한상규

초록
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본 논문은 고효율 및 고전력밀도 3-레벨 PFC(Power Factor Correction) 컨버터를 제안한다. 기존 PFC의 고 전력밀도를 위한 스위칭 주파수 상승은 스위칭 특성이 우수한 소자를 적용하거나, 별도의 스너버 회로가 요구되므로 설계가 복잡하며 고전력밀도 달성에 한계가 있다. 제안 PFC 컨버터는 3-레벨 방식을 적용하여 각 스위칭 소자의 전압 스트레스를 절반으로 감소시켰으며, 스위치 손실 저감을 통한 고속 스위칭 동작으로 리액티브 소자의 고밀도화를 달성하였다. 또한, 기존의 3-레벨방식은 디지털 제어를 통해 스위칭 소자의 전압 평형이 이루어졌지만, 본 논문에서는 아날로그 IC에 전압 평형을 위한 RC Delay 회로와 소수의 SMD(Surface-mount devices) 소자만을 이용하여 별도의 제어회로 없이 전압 평형이 가능하므로 고 전력밀도 달성에 유리하다. 제안회로의 타당성을 검증하기 위해 CRM(Critical conduction mode) PFC 컨버터를 기반으로 250W급 시작품 제작을 통한 실험 결과를 제시한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 고효율 및 고전력밀도 3 레벨 PFC 컨버터를 제안하였다. 제안회로는 2개 스위치의 직렬연결 및 제안 구동 방식을 통해 스위치의 전압 스트레스를 저감시킴으로써, 스위칭 손실을 저감하였으며, 별도의 부가회로 없이 아날로그 제어와 SMD타입의 소자만으로 모든 스위칭 소자의 전압 평형을 이루었다.

가설 설정

  • 제안된 3 레벨 PFC 컨버터의 링크 커패시터 Co1,Co2는 제안 PFC 컨버터의 출력에 연결되는 3 레벨 LLC 컨버터를 이용하여 전압평형 보장이 가능하다.[2]3 레벨 LLC 컨버터는 M1,M3와 M2,M4 스위치가 각각 동시에 구동된다. M1,M3가 턴 온시, 그림 2의 ‘A’와 같은 경로로 도통하여 Vb_LLC = VCo1 = Vlink/2가 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전력변환 컨버터의 스위칭 주파수 상향의 장단점은? 최근 초소형 및 초고밀도 전원장치가 제품의 핵심기술로서 새롭게 부상하고 있는 추세에 있다. 전력변환 컨버터의 스위칭 주파수 상향을 통해 큰 부피를 차지하는 리액티브 소자의 소형화가 가능하지만, 스위칭 주파수 상승에 따른 스위칭 손실 증가로 스위치의 심각한 손실과 발열을 발생시킨다. 스위칭 소자의 전압 스트레스는 스위치 양단 전압에 의해 결정되므로 전압 첨두치를 낮춰 전압과 전류가 중첩되는 크기와 시간을 줄임으로써 스위칭 손실을 저감하고 이를 통한 스위칭 주파수 상승으로 인덕터의 사이즈 저감이 가능하다.
스위칭 소자의 전압 스트레스 무엇에 의해 결정되는가? 전력변환 컨버터의 스위칭 주파수 상향을 통해 큰 부피를 차지하는 리액티브 소자의 소형화가 가능하지만, 스위칭 주파수 상승에 따른 스위칭 손실 증가로 스위치의 심각한 손실과 발열을 발생시킨다. 스위칭 소자의 전압 스트레스는 스위치 양단 전압에 의해 결정되므로 전압 첨두치를 낮춰 전압과 전류가 중첩되는 크기와 시간을 줄임으로써 스위칭 손실을 저감하고 이를 통한 스위칭 주파수 상승으로 인덕터의 사이즈 저감이 가능하다. 본 논문에서는 2개의 스위치를 직렬연결 함으로써 전압 첨두치를 반으로 줄여 스위칭 손실을 저감하고, 아날로그 제어와 SMD소자만을 이용하여 모든 스위칭 소자의 전압평형이 가능한 고효율 및 고전력밀도 3 레벨 PFC 컨버터를 제안한다.
기존 PFC 컨버터 고 전력밀도를 위한 스위칭 주파수 상승의 단점은? 본 논문은 고효율 및 고전력밀도 3-레벨 PFC(Power Factor Correction) 컨버터를 제안한다. 기존 PFC의 고 전력밀도를 위한 스위칭 주파수 상승은 스위칭 특성이 우수한 소자를 적용하거나, 별도의 스너버 회로가 요구되므로 설계가 복잡하며 고전력밀도 달성에 한계가 있다. 제안 PFC 컨버터는 3-레벨 방식을 적용하여 각 스위칭 소자의 전압 스트레스를 절반으로 감소시켰으며, 스위치 손실 저감을 통한 고속 스위칭 동작으로 리액티브 소자의 고밀도화를 달성하였다.
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