초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구의 목적은 공진형 직류-직류 변환기를 운용하는 전력변환 시스템에 사용할 수 있는 디지털 제어기를 개발하고, 디지털 제어기 설계기법을 표준화하는 것이다. 본 연구에서는 전압형 제어기를 간접 설계 기법을 이용하여 디지털 제어기로 구현하여 소신호 해석을 통한 동특성을 파악한 후, 디지털 제어 방식과 아날로그 제어 방식 공진형 전력 변환기의 페루프 특성을 비교 평가하였다. 최종적으로, 향상된 동특성의 디지털 전류형 제어기를 개발하고, 이를 실용적인 응용시스템에 적용하여 성능과 우수성을 검증하였다. PSIM

연구의 목적 및 내용
본 연구의 목적은 공진형 직류-직류 변환기를 운용하는 전력변환 시스템에 사용할 수 있는 디지털 제어기를 개발하고, 디지털 제어기 설계기법을 표준화하는 것이다. 본 연구에서는 전압형 제어기를 간접 설계 기법을 이용하여 디지털 제어기로 구현하여 소신호 해석을 통한 동특성을 파악한 후, 디지털 제어 방식과 아날로그 제어 방식 공진형 전력 변환기의 페루프 특성을 비교 평가하였다. 최종적으로, 향상된 동특성의 디지털 전류형 제어기를 개발하고, 이를 실용적인 응용시스템에 적용하여 성능과 우수성을 검증하였다. PSIM 소프트웨어의 디지털 모듈을 이용하여 설계과정의 타당성을 검증하고 디지털 제어기 설계기법의 표준화에 이용하였다.
연구결과
선행 기초연구과제에서는 넓은 입·출력 변동 조건에서 동작하는 LLC 공진형 컨버터의 동특성 해석의 결과를 바탕으로 전압형, 전류형 제어기 설계의 이론적, 실제적 문제에 대해 다루었다. 본 연구과제에서는 선행 과제로부터 해석 및 설계된 아날로그 방식 제어기를 디지털화하여 디지털 방식 제어기를 설계하였다. 먼저, 디지털 제어 방식이 적용된 공진형 컨버터의 전력변환단의 소신호 해석을 통해 동특성을 확인하고 아날로그 제어 방식과의 전력변환단 동특성의 차이점을 확인하였다. 그리고, 이러한 해석의 결과를 PSIM을 이용하여 그 타당성을 검증하였다. 이러한 디지털 제어 방식 공진형 컨버터의 동특성 해석 과정을 토대로, 먼저, 전압형 보상기를 선택하였다. 간접 설계 방식을 이용하여 복소영역에서 설계된 보상기를 MATLAB을 이용하여 이산 영역의 보상기 전달 함수를 얻을수 있었으며, 이러한 디지털 제어방식 전압형 제어기 컨버터에 적용하여 이론적 해석과 동특성 예측을, 각각 주파수 영역과 시간 영역으로 나누어 동특성을 검증하였다. 그 결과, 컨버터의 전체 동작 영역에서 안정된 동작을 확인할 수 있었다. 또한 본 연구에서는 전류형 제어기를 디지털 제어기로 개발하여 개선된 컨버터의 동특성을 확인하고 2-극점 1-영점 전압 보상기를 선택하였다. 그 후, 주파수 영역과 시간 영역에서 컨버터의 성능을 확인하고 PSIM을 통한 설계 검증과정을 거친뒤, 아날로그 제어기를 사용한 경우와 비교를 통해 디지털 제어기의 우수성을 확인할 수 있었다.
연구결과의 활용계획
연구 결과의 활용 방안으로는 학문적 활용 방안과 산업적 활용 방안으로 나뉠 수 있다. 먼저 학문적으로는 디지털 제어 방식 공진형 직류-직류 컨버터의 동특성 해석과 제어기 설계는 국내외적으로 아직 시도되지 않은 새로운 영역을 다루는 것으로 본 연구를 통하여 동특성 해석과 제어기 설계이론, 그리고 실증방법을 정립할 수 있다. 이 결과는 단편적으로 이루어진 공진형 컨버터의 동특성 해석을 일반적이고 체계적인 방법으로 수행할 수 있게 도와준다. 또한, 공진 회로를 이용하는 다른 전력 변환기 해석에도 많은 도움을 줄 것이다. 산업적으로는 민수용 및 산업용 전자/전기 기기에 필수적으로 사용되는 전력 변환기에 직접 활용 될 것이다. 연구의 주요 결과물인 디지털 제어기 설계 표준화는 현장 기술자들이 전력 변환기의 설계 및 제조, 성능 검증에 편리하게 이용될 것이다. 특히 디지털 제어 방식 전류형 제어기는 차세대 정보 디스플레이 제품을 위한 공진형 직류-직류 컨버터에 폭넓게 활용될 것으로 사료된다.

Abstract ▼

Purpose&contents
The main objective of this project is the development and standardization of digital controller design for resonant dc/dc converters. Voltage-mode control is implemented into digital controller by adapting emulation design method called the indirect design method. To begin with,

Purpose&contents
The main objective of this project is the development and standardization of digital controller design for resonant dc/dc converters. Voltage-mode control is implemented into digital controller by adapting emulation design method called the indirect design method. To begin with, small-signal dynamics on digital controlled resonant converter is verified and compared with that of analog controlled resonant converter. Finally, current-mode control is implemented into digital controller, and, the performances and superiority on dynamics of practical system of digitally controlled resonant converters are verified. PSIM software was used to verify correctiveness for design processes and to setup standardization of digital design approaches.
Result
The previous research project dealt with practical and theoretical issues about designing voltage-mode control and current-mode control of LLC resonant dc/dc converters operating with wide input and load variations. This project proceeded into further researches on digital controller design for conventional voltage-mode control and current-mode control. First, we checked dynamics of the digitally-controlled LLC resonant converter through small signal analyses. And, Over sampling methods and adaptive sampling position control algorithm are adapted for optimum performances of resonant converters. 3-pole 2-zero voltage feedback compensation is chosen for voltage mode compensator. Based on indirect design approach, the digital compensator can be effectively designed. Together with effective algorithms, the performance is verified in time-domain and frequency-domain based on PSIM software and measurement results. In result, we confirmed stable operations in entire regions and verified the superiority of digitally-controlled resonant converters. Additionally, the current-mode control is also implemented with digital controller. The simpler 2-pole 1-zero structures are used for both voltage compensator and current compensator. Finally, the superiority of the proposed current-mode control is verified using an experimental 150 W LLC resonant dc/dc converter. For each control scheme, compensation design procedure and closed-loop analyses are presented.
Expected Contribution
The final outcome of this project will be widely utilized in industries to design and fabricate digital power supplies for consumer and industrial electronics. In particular, the standard digital control design program will find applications for the design of the resonant converters for next generation information display equipment. This project is characterized as the fundamental research on the dynamic analysis and control design of resonant converters. Therefore, it has high academic value as well as industrial potentials. Several journal papers are expected to be brought out from this research.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• I. 연구 계획 요약문 ... 3
• 1. 국문 요약문 ... 3
• II. 연구 결과 요약문 ... 4
• 1. 국문 요약문 ... 4
• 2. 영문 요약문 ... 5
• III. 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내.외 기술개발 현황 ... 10
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 46
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 47
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 48
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구 실적 ... 48
• 8. 참고 문헌 ... 48
• 9. 연구 성과 ... 51
• 10. 기타사항(중요 연구 변경사항 등) ... 52