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커먼모드 커플드 인덕터를 적용한 위상천이 풀브리지 컨버터 LDC 설계 및 분석
Design and Analysis of Phase-Shift Full-Bridge LDC using Common Mode Coupled Inductor 원문보기

전력전자학회 2019년도 춘계학술대회, 2019 July 02, 2019년, pp.20 - 22  

최진용 (명지대학교) ,  허경현 (명지대학교) ,  이우석 (명지대학교) ,  최승원 (명지대학교) ,  이일운 (명지대학교) ,  이준영 (명지대학교) ,  이승준 (경신) ,  오광호 (경신) ,  이상혁 (경신)

초록
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본 논문에서 공통모드 커플드 인덕터(Common Mode Coupled Inducter, CMCI)를 적용한 2단 직렬 위상천이 풀브리지 컨버터를 제안한다. 제안하는 위상천이 풀브리지 컨버터는 고주파수로 동작하며, 높은 입력전압에 대응할 수 있다. 풀브리지를 직렬로 쌓은 구조로 상단 풀브리지 컨버터와 하단 풀브리지 컨버터가 동시에 스위칭 한다. 2차측은 센터텝 정류기를 사용하여 풀브리지 정류기에 비해 다이오드 전압강하가 절반이라는 장점을 가진다. 또한, 변압기에 CMCI를 적용하여 1차측 상단과 하단의 전류 균형을 유지하도록 구성하였다. 제안하는 위상천이 풀브리지 컨버터의 5.8kW급 시제품을 제작하여 그 타당성을 검증하였다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 높은 입력전압 조건에서 반도체 소자를 효율적으로 사용하기 위해서 입력단을 직렬로 쌓은 형태의 컨버터를 제안한다. 또한, 변압기의 권선비, 누설인덕턴스 값 등의 편차가 각 스위치에 인가되는 유효듀티 편차를 발생시켜 입력전압 밸런싱이맞지 않을 수 있다.
  • 본 논문에서는 높은 입력전압을 갖는 대용량 LDC의 설계를 위해 모듈화 설계 방법을 제안한다. 모듈설계의 가장 중요한 부분은 모듈별 전력의 균형이며 제어를 통하지 않고 간단한 CMCI를 이용하여 구현하였다.
  • 본 논문에서는 분산설계가 가능하며, 높은 입력전압, 넓은 입력전압 범위에 대응 가능하도록 설계하는 것이 목표이다. 변압기 설계는 첫 번째 변압기 코어 선정, 두 번째 변압기 턴 비 계산, 세 번째 변압기 1차측 턴 수 선정, 네 번째 변압기 2차측 턴 수 결정, 다섯 번째 변압기 권선 선정 단계로 이루어진다
  • 또한, 변압기의 권선비, 누설인덕턴스 값 등의 편차가 각 스위치에 인가되는 유효듀티 편차를 발생시켜 입력전압 밸런싱이맞지 않을 수 있다. 이러한 언밸런싱 문제를 해결하기 위해 CMCI를 제안하며 그 동작분석과 실험결과를 본 논문에서 검증한다.[2]

가설 설정

  • ∙ 입력전압 Vin1은 Vin2보다 매우 크다. ∙ 1차측 누설 Llk1은 Llk2보다 크다. ∙ 출력 인덕터 Lo는 매우 커서 무한대 값을 갖는다.
  • 동작을설명하기 위해서는 과도상태 동작 설명이 필요하며 이를 위해다음과 같이 가정한다. ∙ 입력전압 Vin1은 Vin2보다 매우 크다. ∙ 1차측 누설 Llk1은 Llk2보다 크다.
  • 에 흐르는 전류가 동일하여야 한다. 동작을설명하기 위해서는 과도상태 동작 설명이 필요하며 이를 위해다음과 같이 가정한다. ∙ 입력전압 Vin1은 Vin2보다 매우 크다.
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