초록

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본 논문은 결합 인덕터를 이용한 입력 전류 리플이 없는 고승압 캐스케이드 부스트 DC-DC 컨버터를 제안한다. 기존 캐스케이드 부스트 컨버터의 단점을 보완하기 위해 제안되었다. 제안된 컨버터는 1차 부스트 단의 보조회로에 의해 입력 전류 리플이 상당히 제거되었으며 2차 부스트 단에 결합 인덕터를 적용하여 높은 전압 이득을 달성하였다. 제안된 컨버터는 이론적 해석과 200[V]-200[W]하드웨어 시작품을 제작하여 검증하였다.

본 논문은 결합 인덕터를 이용한 입력 전류 리플이 없는 고승압 캐스케이드 부스트 DC-DC 컨버터를 제안한다. 기존 캐스케이드 부스트 컨버터의 단점을 보완하기 위해 제안되었다. 제안된 컨버터는 1차 부스트 단의 보조회로에 의해 입력 전류 리플이 상당히 제거되었으며 2차 부스트 단에 결합 인덕터를 적용하여 높은 전압 이득을 달성하였다. 제안된 컨버터는 이론적 해석과 200[V]-200[W]하드웨어 시작품을 제작하여 검증하였다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 그림 1은 제안하는 고승압 캐스케이드 부스트 DC-DC컨버터이다. 기존 캐스케이드 부스트 컨버터의 단점을 보완하기 위해 제안되었다. 기존 컨버터는 단순히 2개의 부스트 컨버터를 직렬로 연결하여 승압률이 향상되었으나 최근 요구되는 전력시스템의 승압률을 만족시키기 어렵다.
• 본 논문에서는 결합 인덕터를 이용한 입력 전류 리플이 없는고승압 캐스케이드 부스트 DC-DC 컨버터를 제안하고동작특성과 성능을 실험을 통하여 알아보았다. 보조회로에 의해 입력 전류 리플이 제거 되었고, 결합인덕터를 적용하여 높은 전압 이득을 얻을 수 있다.
• 제안하는 컨버터는 1차 부스트 단의 보조회로에 의해 입력 전류 리플이 상당히 제거되었으며 2차 부스트 단에 결합 인덕터를 적용하여 높은 전압 이득을 달성하였다. 본 논문에서는 높은 승압률과 효율을 증명하기 위하여 제안된 컨버터의 동작원리를 설명하고, 시작품의 실험 결과를 분석한다.

가설 설정

• 결합 인덕터 T₂ 는 자화 인덕터 L_m2 누설인덕터 그리고 1:n₂(=N_p2:N_s2)의 턴비를 가지는 이상적인 트랜스포머로 모델링 하였다. 커패시터 C₁과 출력 커패시터 C_o는 각각 이상적인 전압원 V_C1, V_o으로 가정한다.

제안 방법

• 리플 제거 회로는 커플드 인덕터 T1과 보조 인덕터 L_a, 보조 커패시터 C_a로 구성된다. 결합 인덕터 T₁는 자화 인덕터 L_m1 그리고 1:n₁(=N_p1:N_s1)의 턴비를 가지는 이상적인 트랜스포머로 모델링 하였다. 2차 부스트 단은 결합 `인덕터 T<sub>2</sub>, 공통 스위치 S<sub>1</sub>, 출력 다이오드 D<sub>o</sub>, 출력 커페시터C<sub>o</sub>로 구성된다.
• 2차 부스트 단은 결합 `인덕터 T₂, 공통 스위치 S₁, 출력 다이오드 D_o, 출력 커페시터C_o로 구성된다. 결합 인덕터 T₂ 는 자화 인덕터 L_m2 누설인덕터 그리고 1:n₂(=N_p2:N_s2)의 턴비를 가지는 이상적인 트랜스포머로 모델링 하였다. 커패시터 C₁과 출력 커패시터 C_o는 각각 이상적인 전압원 V_C1, V_o으로 가정한다.
• 그림 2는 제안하는 컨버터의 등가회로이다. 제안하는 컨버터는 공유된 스위치를 가지는 기존 캐스케이드 부스트컨버터에 기반을 두었다. 1차 부스트 단은 결합 인덕터 T₁과 공통 스위치 S₁, 다이오드 D₁과 D₂, 커패시터 C₁, 리플 제거 회로로 구성된다.
• 제안하는 컨버터의 설계 사양은 입력 전압 24[V],출력 전압 200[V], 최대부하 200[W]이다. 그림 5와 그림 6은 입력전압 24[V]에서 주요 실험 파형을 측정한 것이다.

대상 데이터

• 1차 부스트 단은 결합 인덕터 T₁과 공통 스위치 S₁, 다이오드 D₁과 D₂, 커패시터 C₁, 리플 제거 회로로 구성된다. 리플 제거 회로는 커플드 인덕터 T1과 보조 인덕터 L_a, 보조 커패시터 C_a로 구성된다. 결합 인덕터 T₁는 자화 인덕터 L_m1 그리고 1:n₁(=N_p1:N_s1)의 턴비를 가지는 이상적인 트랜스포머로 모델링 하였다.

성능/효과

• 그림 4는 제안하는 컨버터의 전압이득을 나타낸다. 결합 인덕터를 적용하여 기존 캐스케이드 부스트 컨버터에 비해 높은 전압 이득을 얻을 수 있다. 전압이득에 대한 수식은 다음과 같다.
• 또한 입력 전류리플을 줄이기 위해선 1차 부스트 단에 높은 인덕턴스를 갖는 부스트 인덕터가 요구되며 이 또한 컨버터의 부피와 무게를 증가시킨다. 제안하는 컨버터는 1차 부스트 단의 보조회로에 의해 입력 전류 리플이 상당히 제거되었으며 2차 부스트 단에 결합 인덕터를 적용하여 높은 전압 이득을 달성하였다. 본 논문에서는 높은 승압률과 효율을 증명하기 위하여 제안된 컨버터의 동작원리를 설명하고, 시작품의 실험 결과를 분석한다.

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