[논문]3.3kW SRC-OBC의 경부하 효율 향상을 위한 스위칭 기법 비교 분석

김민중; 유승희; 김동희; 이병국

3.3kW SRC-OBC의 경부하 효율 향상을 위한 스위칭 기법 비교 분석
Comparison of 3.3kW SRC-OBC Switching Methods for Improving Efficiency at Light Load 원문보기

김민중 (성균관대학교 정보통신대학) , 유승희 (성균관대학교 정보통신대학) , 김동희 (성균관대학교 정보통신대학) , 이병국 (성균관대학교 정보통신대학)

본 논문에서는 전기자동차용 부하 직렬 공진형 컨버터(Series-loaded Resonant Converter, SRC)타입의 탑재형 충전기 (On-Board Charger, OBC)의 추가 회로 없이 경부하 효율을 향상시키기 위한 스위칭 방법들을 비교 분석한다. 시스템에 적용할 스위칭 제어 방법은 Asymmetrical Duty Cycle Control (ADC)과 Asymmetrical Voltage-Cancellation Control (AVC) 방법이다. 각 제어 방법을 기존의 3.3kW SRC-OBC의 적용하여 경부하 영역에서의 효율을 확인하고 각 제어 방법의 타당성을 검증한다.

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문제 정의

부하인 배터리의 경우는 전자로드를 사용하여 저항으로 등가화 하였고, 시스템 효율은 WT 3000을 사용하여 측정하였다. SRC 회로의 특성상 중부하 영역에서는 제어 방법별 스위칭 주파수 크기의 차이가 크지 않기 때문에 본 논문에서는 900W 이하의 경부하 영역에서의 실험결과를 나타내었다. 각 제어 방법별 SRC OBC의 효율은 기타 외부회로의 추가 없이 모두 ZVS 동작 영역에서 측정을 하였다.
본 논문에서는 기존의 3.3kW SRC OBC 회로의 경부하 효율을 향상시키기 위한 ADC, AVC 스위칭 방법을 분석한다. 또한 제안한 제어 방법을 제작된 3.

제안 방법

SRC 회로의 특성상 중부하 영역에서는 제어 방법별 스위칭 주파수 크기의 차이가 크지 않기 때문에 본 논문에서는 900W 이하의 경부하 영역에서의 실험결과를 나타내었다. 각 제어 방법별 SRC OBC의 효율은 기타 외부회로의 추가 없이 모두 ZVS 동작 영역에서 측정을 하였다.
3kW SRC OBC 회로의 경부하 효율을 향상시키기 위한 ADC, AVC 스위칭 방법을 분석한다. 또한 제안한 제어 방법을 제작된 3.3kW SRC OBC 시작품에 적용하여 경부하 영역에서 기존의 주파수만을 가변한 고정 듀티 제어 방법과 효율 비교를 통해 제안한 스위칭 방법의 타당성을 검증한다.
본 논문에서 제어 방법에 따른 효율 향상을 비교하기 위해 사용된 SRC OBC 시스템의 주요 파라미터는 표 1과 같으며 스위치 제어는 TI사의 TMS320F28335를 사용하여 개루프 제어를 하였다. 부하인 배터리의 경우는 전자로드를 사용하여 저항으로 등가화 하였고, 시스템 효율은 WT 3000을 사용하여 측정하였다.
본 논문에서는 3.3kW SRC OBC 시스템의 경부하영역의 효율을 향상시키기 위해 듀티를 가변하는 스위치 제어 방법을 적용하였다. 적용한 스위치 제어 방법인 ADC, AVC 방법의 경우 기존의 토폴로지에 외부회로의 추가 없이 경부하영역에서 전체 적으로 약 0.
본 논문에서 제어 방법에 따른 효율 향상을 비교하기 위해 사용된 SRC OBC 시스템의 주요 파라미터는 표 1과 같으며 스위치 제어는 TI사의 TMS320F28335를 사용하여 개루프 제어를 하였다. 부하인 배터리의 경우는 전자로드를 사용하여 저항으로 등가화 하였고, 시스템 효율은 WT 3000을 사용하여 측정하였다. SRC 회로의 특성상 중부하 영역에서는 제어 방법별 스위칭 주파수 크기의 차이가 크지 않기 때문에 본 논문에서는 900W 이하의 경부하 영역에서의 실험결과를 나타내었다.

이론/모형

본 논문에서 분석할 스위칭 기법은 ADC 방법과 AVC 방법이며 각 스위칭 방법의 파형은 그림 2에서 확인할 수 있다. 풀 브리지 구조의 아랫단 스위치는 같은 레그의 상단의 스위치와 상보적으로 동작한다.

성능/효과

3kW SRC OBC 시스템의 경부하영역의 효율을 향상시키기 위해 듀티를 가변하는 스위치 제어 방법을 적용하였다. 적용한 스위치 제어 방법인 ADC, AVC 방법의 경우 기존의 토폴로지에 외부회로의 추가 없이 경부하영역에서 전체 적으로 약 0.5∼1.8%의 효율을 향상시킬 수 있다. 향후 각 제어 방법별 최적 동작영역을 도출 및 수동소자의 최적 설계 등을 통해 효율 성능 개선을 위한 연구를 진행할 계획이다.

후속연구

8%의 효율을 향상시킬 수 있다. 향후 각 제어 방법별 최적 동작영역을 도출 및 수동소자의 최적 설계 등을 통해 효율 성능 개선을 위한 연구를 진행할 계획이다.

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