THESIS OF ENGINEERING ELECTRICAL BY TAESUB KANG DEPARTAMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING CHUNGAM NATIOANL UNIVERSITY DAEJEON KOREA

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l
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2. 碩 士 學 位 論 文
3kW 급 3상 절연형 인터리브드
양방향 DC-DC 컨버터 해석 및 설계
忠南大學校 大學院
電氣工學科
電力 및 自動化 專攻
强
指導敎授
泰
車
2011年
燮
翰
2月
周

3. 3 kW 급 3상 절연형 인터리브드
양방향 DC-DC 컨버터 해석 및 설계
指導敎授
車
翰
周
이 論文을 工學碩士學位
請求論文으로 提出함
21年
00
忠南大學校
電氣工學科
强
1月
0
大 學 院
電力 및 自動化 專攻
泰
燮

4. 强泰燮의 工學碩士 學位
請求論文을 認准함
21
00年 1
2月
委員長
.
委
員
.
委
員
.
忠南大學校
大 學 院

6. 목
차
표목차
ⅳ
그림목차
ⅴ
제 1장 서
론
1
1 연구 배경
.
1
1
제 2장 3 능동 클램프 전류형 D - C 컨버터
상
CD
3
2 컨버터의 구성
.
1
3
2 컨버터 P
.
2
WM 동작
4
2 Fy ak방식 채용
. lb c
3
5
2 3 능동 클램프 전류형 D - C 컨버터 구현
. 상
4
CD
1
2
2 . D P 88
.1 S 20
4
1
2
2 . F G ( P 72)
.2 P A E M 18
4
1
6
2 . D - C cn etr보드 구성
.3 C D o v r
4
e
1
7
2 . 시작품 D - C co v r r제작
.4
4
C D on et
e
1
7
2 실험결과
.
5
1
9
2 . Fy ak기동실험
.1 lb c
5
1
9
2 . 부하변동 실험 파형
.2
5
2
0
2 . 스위치 써지 전압 측정
.3
5
2
2
2 . 출력전압 제어
.4
5
2
4
2 . 클램프전압 측정
.5
5
2
5
2 . 온도측정
.6
5
2
6
-i-

7. 2 . 효율측정
.7
5
2
7
2 . 3 계통연계실험
.8 상
5
2
8
제 3장 1 W급 3 인터리브드 양방향 DC DC 컨버터
k
상
3 부스트 모드
.
1
3
0
3
0
3 . 부스트 모드 P
.1
1
WM 동작 방법
3
1
3 . 3 인터리브드 부스트 컨버터 시뮬레이션
.2 상
1
3
2
3 . 3 인터리브드 부스트 컨버터 시작품 구현
.3 상
1
3
3
3 . 3 인터리브드 부스트 컨버터 실험
.4 상
1
3
5
3 . 3 인터리브드 부스트 전압전달비 분석
.5 상
1
3
9
3 벅 모드
.
2
4
1
3 . 벅 모드 P
.1
2
WM 동작 방법
3 . 3 인터리브드 벅 모드 시뮬레이션
.2 상
2
4
4
3 . 3 인터리브드 양방향 컨버터 시작품 구현
.3 상
2
4
5
3 . 3 인터리브드 양방향 컨버터 벅 모드 실험
.4 상
2
4
7
3 . 3 인터리브드 양방향 컨버터 벅 모드 전압전달비
.5 상
2
제
4
3
5
1
4 장 3 W급
k
3
상
인터리브드
설계
양방향
DC DC 컨버터
5
3
4 3 W급 컨버터 설계 개요
. k
1
5
3
4 P B 설계
. C
2
5
3
4 입력 인덕터 설계
.
3
5
5
4 누설 인덕터 설계
.
4
5
9
4 3 W 변압기 설계
. k
5
6
1
4 . 컨버터 동작 조건
.1
5
6
2
-ii-

8. 4 . 단상 변압기에 인가된 전압,
.2
5
전류 분석
6
2
4 . 변압기 C r
.3
5
oe선정
6
6
4 . 턴수 결정
.4
5
6
6
4 . Wi e cin
.5
5
r lt
es e o
6
7
4 설계한 양방향 컨버터 P I 시뮬레이션
.
6
SM
6
8
4 3 W급 양방향 컨버터 실험
. k
7
7
1
제 4장 결
론
7
5
참고 문헌
7
6
A S R C
BT A T
7
9
-iii-

9. 표
목
차
표 2 모드변화에 따른 D t
.
1
uy와 출력전압 V
o
1
0
표 2 부하 변화에 따른 V s써지전압
.
2
d
2
4
표 2 부하 변화에 따른 출력전압 ( o t
.
3
V u)
2
4
표 2 클램프전압 측정표
.
4
2
5
표 2 부하별 효율 측정
.
5
2
7
표 3 부스트 컨버터 파라미터
.
1
3
2
표 3 3 인터리브드 부스트 컨버터 전압전달비
. 상
2
4
0
표 3 벅 모드시 컨버터 파라미터
.
3
4
4
표 4 출력 전력 3k 시 컨버터 동작 조건
.
1
W
6
2
표 4 입력 전압에 따른 계산 및 시뮬레이션에서의 듀티 값
.
2
6
4
표 4 3 W 부하 용량 시 입력 전압에 따른 쇄교자속 값
. k
3
6
5
표 4 C r E 79C 기본사양
. oeE 01
4
6
6
표 4 C r E 79C 세부사양
. oeE 01
5
6
6
표 4 단상 변압기 1 차측의 전류,
.
6
,
2
전압 및 전력 값
7
0
표 4 3 컨버터 입력 및 출력 값
. 상
7
7
0
표 4 양방향 컨버터 실험 파라미터
.
8
7
2
-iv-

10. 그 림 목 차
그림 2 연료전지용 3 전류형 능동클팸프 D - C 컨버터
.
1
상
CD
3
그림 2 스위칭 신호 및 입력 전류 I,스위치 전류 I ,
.
2
d
s
1
변압기 선전류 I
A
4
그림 2 f b c
. l ak방식을 채용한 컨버터 등가회로
3 y
5
그림 2 동작 상태에 따른 P
.
4
WM 방법
6
그림 2 f b c
. l ak모드일 때의 컨버터
5 y
7
그림 2 S 오프, 1 ∼ S 온일 때의 컨버터 회로
. c
6
S
6
7
그림 2 S 온, 1 ∼ S 오프일 때의 컨버터 회로
. c
7
S
6
8
그림 2 f b c
. l ak기동시 입력 전류,
8 y
출력 전압
1
0
그림 2 T 30 20
.
9 MS 2F 88내부 기능 블록도
1
4
그림 2 0 D P 20 C 거버 파일
.
1
S 88P B
1
5
그림 2 1 D P 20
.
1
S 88모듈 앞면
1
6
그림 2 2 D P 20
.
1
S 88모듈 뒷면
1
6
그림 2 3 스위칭 신호의 생성 과정
.
1
1
6
그림 2 4 시작품 D - C cn etrP B
.
1
C D ovr
e C
1
8
그림 2 5 시작품 D - C cn etr
.
1
C D ovr
e
1
8
그림 2 6 Fy ak기동시 입력 전류( h ) 출력전압( h )파형
.
1
lb c
C 1,
C2
1
9
그림 2 7 P : 0W,
.
1
60 출력전압( h ) 입력전류( h )파형
C 3,
C4
2
0
그림 2 8 P : 0W,
.
1
70 출력전압( h ) 입력전류( h )파형
C 3,
C4
2
1
그림 2 9 P : 0W,
.
1
80 출력전압( h ) 입력전류( h )파형
C 3,
C4
2
1
그림 2 0 P : 0W,
.
2
50 입력전류( h ) V sC 3
C 1, d( h )파형
2
2
그림 2 1 P : 0W,
.
2
70 입력전류( h ) V sC 3
C 1, d( h )파형
2
3
-v-

11. 그림 2 2 P : 0W,
.
2
80 입력전류( h ) V sC 3
C 1, d( h )파형
2
3
그림 2 3 출력전압 rg l i
.
2
e ua o
t n그래프
2
5
그림 2 4 부하별 클램프 전압 그래프
.
2
2
6
그림 2 5 부하별 온도변화 그래프
.
2
2
6
그림 2 6 부하변화에 따른 효율 변화 그래프
.
2
2
7
그림 2 7 3 계통연게 실험 구성도
.
2 상
2
8
그림 2 8 연료전지 출력 전압 및 전류, C 링크단 전압 및 전류
.
2
D
2
9
그림 3
. 3 인터리브드 방식 부스트 컨버터의 등가회로
1 상
3
0
그림 3
. 3 인터리브드 부스트 컨버터의 스위칭 P
2 상
WM 전압 및
전류 파형
3
1
그림 3
. 부스트 컨버터 시뮬레이션 결과파형.
3
저압측 A 상간전압
B
( a ) 저압측 A 전류() 클램프 스위치 전류 ( c)
Vb,
상
i,
i1 .
a
S
3
3
그림 3
. 3 인터리브드 부스트 컨버터의 스위칭 신호 생성 과정
4 상
3
4
그림 3
. 1 W급 3 인터리브드 부스트 컨버터 시작품
5 k
상
3
4
그림 3
. 3 인터리브드 부스트 컨버터 실험세트 블록다이어 그램 3
6 상
5
그림 3
. 컨버터 3 출력전류i (h ) i (h )및 i (h )
7
상
a c 1, b c 2
c c 3.
( 0 8 i 2VV = 7V P = k
D= . , = 6 ,o 30 , o 1 W)
6V
3
6
그림 3
. 고압측 출력전압 vb (h ) 선전류 i (h )및 클램프 전류
8
a c 1,
a c2
i1 (h )D= . ,i 2VV = 7V P = k
( 0 8 = 6 ,o 30 , o 1 W)
6V
S
c c 3.
3
7
그림 3
. 인터리브드 방식이 적용된 컨버터 입력전류 i(h ) 3
9
상
i c 1와
입력 인덕터 전류 i (h ) i (h ) i (h )
L
1 c 2, L
2 c 3, L
3 c 4.
( 0 8 i 2VV = 7V P = k
D= . , = 6 ,o 30 , o 1 W)
6V
3
7
그림 3 0 주 스위치 S Z S 턴온 파형. GS (h ) i (h )
.
1
v 1 c 1, S c 3.
1 V
1
( 0 8 V= 6 , o 30 , o 1k
D= . , i 2V V = 7V P = W)
6
-vi-
3
8

12. 그림 3 1 3 인터리브드 부스트 컨버터의 각 부하별 효율
.
1 상
3
9
그림 3 2 듀티비 변화에 따른 전압전달비 그래프
.
1
4
0
그림 3 3 벅 모드 시 3 양방향 D - C 컨버터 등가회로
.
1
상
CD
4
2
그림 3 4 3 인터리브드 벅 컨버터 등가회로
.
1 상
4
2
그림 3 5 벅 모드 시 컨버터의 주요 전압 및 전류 파형
.
1
4
3
그림 3 6 벅 모드 시뮬레이션 결과파형.
.
1
고압측 A, 상간전압 ( aH)
B
Vb ,
저압측 A 상 전류(H) 상단 주 스위치 전류 ( 1
i ,
i)
a
T
4
5
그림 3 7 3 인터리브드 벅 모드 시 스위칭 신호 생성 과정
.
1 상
4
6
그림 3 8 1k
.
1
W급 3 인터리브드 양방향 컨버터
상
4
7
그림 3 9 A, 상간 전압, 상 전류,
.
1
B
A
상단 스위치 T
1전류,
vb (h ) i (h ) i (h ) P : 0W
50
a H c 1, a
H c 2, T
1 c 4,
4
8
그림 3 0 변압기 고전압 측 A 선전류 iH (h ) A 상전류 i (h )
.
2
c1,
a
p
a
H c 2,
상단 스위치 T
1전류 i (h ) P : 0W
50
T
1 c 4,
4
8
그림 3 1 벅모드 시 상단 스위치 T 의 Z S tr- n파형,
.
2
V un o
1
v1 (h ) i (h ) P : W
c 1, 1 c 2,
1k
G
4
9
그림 3 2 벅모드 시 하단 스위치 T 의 Z S tr- n파형,
.
2
4
V un o
v4 (h ) i (h ) P : W
c 1, 4 c 2,
1k
G
4
9
그림 3 3 벅 모드시 스위치 T 의 계이트 전압 v1 ( h )
.
2
C 1,A상 고전압
1
G
측 선전류 iH (h )및 저전압 측 선전류 iL (h )
c2
c4
a
p
a
p
5
0
그림 3 4 벅 모드시 각 상의 벅 인턱터 전류 파형
.
2
5
0
그림 3 5 벅 모드시 각 부하별 효율
.
2
5
1
그림 3 6 듀티비 변화에 따른 전압 전달비 그래프
.
2
5
2
-vii-

13. 그림 4
. 3k
1
W급 인터리브드 양방향 컨버터 -제어부
5
4
그림 4
. 3k
2
W급 인터리브드 양방향 컨버터 -B ot파워부
os
5
4
그림 4
. 3k
3
W급 인터리브드 양방향 컨버터 -B c
u k파워부
5
5
그림 4
. 3 인터리브드 방식의 이상적 전류파형
4 상
5
6
그림 4
. 스위칭 한주기 동안의 저압측 A 이상적 전류 파형
5
상
6
0
그림 4
. 출력 전력에 따른 누설 인덕턴스 그래프
6
6
1
그림 4
. A상 변압기 저압측 상전압 vb ,
7
3
a 상전류 i ,
a 선전류 i 파형 6
p
a
그림 4
. 설계한 변압기를 적용한 부스트 모드 시뮬레이션 결과 파형
8
( i : 0 , o t : 0V D t 0 5 o : W)
Vn 4. V u 40 , uy: . 4P 3k
8
6
6
9
그림 4
. 설계한 파라미터를 적용한 벅 모드 시뮬레이션 결과 파형
9
( i : 0, o t : 8 , uy: . 6 P : W)
Vn 40 V u 4V D t 0 2, o 3k
5
그림 4 0시작품 3 W 급 3 인터리브드 양방향 D - C 컨버터
.
1
k
상
CD
7
0
7
1
그림 4 1 부스트 모드 시 변압기 저압측 각 상간 전압 파형. a(h )
.
1
V b c1,
V c c 2, c(h )( 0 2 Vn 4. V = 8, o 1 k
6
8
7
3
b(h ) V a c 3 D= . , i= 0 , o 30 P = . W)7
그림 4 2 부스트 모드 시 변압기 저압측 V b c 1, a (h )파형.
.
1
a(h ) I c 2
p
( 0 2 Vn 4. V = 8, o 1 k
D= . , i= 0 , o 30 P = . W)
6
8
7
7
3
그림 4 3 벅 모드 시 변압기 고압측 각 상간 전압 파형. a H(h )
.
1
V b c 1,
V c (h ) Va (h ) ( 0 8 Vn 30 V = 8 P = k
5
4
bH c 2, cH c 3, D= . , i= 8, o 4, o 2 W) 7
그림 4 4 벅 모드 시 변압기 고압측 V b (h ) I H(h )
.
1
aH c 1, a
p c 1,
( 0 8 Vn 30 V = 8 P = k
D= . , i= 8, o 4, o 2 W)
5
-viii-
7
4

14. 제 1장
서
론
11연구 배경
.
최근 급격한 산업화의 결과로 지구 온난화에 따른 환경파괴와 자원 고
갈 문제를 해결하기 위해 친환경적인 에너지원과 발전방식에 대한 연구
가 활발히 진행되고 있다. 가운데 태양광,
이
풍력,
연료 전지 등을 에너
지원으로 하는 환경 친화형 발전 방식에 대한 관심이 높아지고 있다.
특
히 연료전지는 높은 에너지 효율,
친환경적,
저소음,
시스템 구축이 용이
해 설치장소의 제약이 적고 상시발전이 가능한 장래성 있는 신·
재생 에
너지원이다. 연료전지
종류중
고체고분자연료전지(E C P lme
P MF ; o
y r
Eet lt
l r yeMe rn u lC l rPoo E c a g
co
mba eF e eso rtn x h n eMe rn u l
l
mba eF e
C l) 고체고분자막을 이용하여 수소와 산소 연료의 전기화학적 반응
es은
l
을 통해 전기에너지를 생성하고 부산물로 열에너지와 물을 생성하는 발
전 형태로 시스템의 단순성과 높은 전력밀도를 갖는다.
그러나 분극현상
에 따른 손실로 비선형적이며,각 셀의 결합방법에 따라 보통 2 ~ 7
6
2
V c 낮은 출력전압의 특성을 보인다.연료전지의 저전압 출력 특성으
d의
로 인해 20 ,6㎐의 전력계통에 연계하여 발전하기 위해서는 반드시
2V 0
고효율 전력변환기로 발전시스템을 구성하여야 한다.연료전지발전시스
템은 생산된 전력을 상용 교류전원계통에 효과적으로 연계해 주기 위한
D - C 컨버터와 D - C 인버터로 구성된다[] 인버터에 의해 D CD
CA
1.
C AC
변환하기 위해서는 낮은 연료전지 출력 전압을 dc 링크 30 d
7V c정도로
승압해 주는 d- c 컨버터가 필요하다[] C D 컨버터로는 단상
cd
2.D - C
D - C 컨버터가 많이 사용되고 있지만 정격의 제한으로 인해 대전력에
CD
적합하지 못하는 단점이 있다.따라서 정격 증가에 따른 대전력 변환에
적합한 3 방식의 d- c컨버터 연구가 이루어지고 있다[- ] 상 시
상
cd
3 7.3
스템을 채용함으로써 전력 밀도가 증가하며,
유효 동작 주파수가 3 증
배
가함으로써 입력 전류 및 출력 전압 리플이 감소한다.그리고 스위치에
흐르는 전류의 실효값이 감소하고,
변압기이용률이 향상된다.
이러한 3
상
컨버터의 이점에도 불구하고 컨버터의 내부 전류가 불연속 모드로 작동
- 1 -

15. 하는 단점이 있어 이를 해결하기 위해 입력 부스트 인덕터 3
개를 채용하
였으며,
이로 인한 인터리브드 작동으로 인한 전류 리플 경감 및 Z S
V 를
동시에 얻을 수 있는 새로운 방식의 D - C 컨버터가 연구되고 있다
CD
[][2.인터리브드 방식이 적용된 컨버터는 연료전지 출력에 해로운
8-1]
전류리플의 감소 또는 같은 전류리플 크기 대비 입력 부스트 인덕터 크
기의 경감,
전류 연속동작 모드에 의한 스위치,변압기 및 인덕터에서의
전류 실효값 감소에 따른 도통손실 저감,
삼상 능동 클램프의 작용에 의
한 전압서지의 경감 및 스위칭 노이즈 감소,
입력 부스트 컨버터 구조의
적용으로 절연형 승압 변압기의 권선비 감소 등등의 장점이 있다.그러
나 실제 교류전원 계통에서는 연료 전지의 저전압,대전류 특성과 급격
한 부하변동에 따른 d-ik단 전압변동은 연료전지 발전 시스템에서의
cl
n
불안정한 전력공급 문제를 초래하여 시스템에서 요구하는 효율 및 성능
을 만족시킬 수 없다.연료전지 특성을 고려한 컨버터가 고려되어야 하
며,
승압 동작하는 부스트 모드와 강압 동작하는 벅 모드로 동작하는 양
방향 D - C 컨버터가 그 대안이 되고 있다[3.
CD
1] 양방향 D - C 컨버터
CD
는 낮은 전압을 높은 전압인 d-ik전압으로 승압할 때 부스트 모드로
cl
n
동작하며[][2,
8-1] 부하가 증가할 때 배터리의 에너지를 이용하여 안정된
전력 공급이 이루어지게 한다.반대로 연료 전지 시스템 부하가 감소할
때 전력 전달 방향이 d-ik 에서 배터리로 향하게 되는데 이때 컨버
cl 단
n
터는 벅 모드로 동작하며,
배터리에 에너지를 충전하게 된다.
따라서 부
하급변 상황에도 안정된 전력 공급이 이루어지게 하기 위해 부스트 모드
와 벅 모드에서 우수한 성능을 입증되어야한다[6.이러한 장점으로 인
1]
하여 본 컨버터는 낮은 전압의 연료전지 출력과 높은 입력전압이 요구되
는 상용전원 연계용 인버터 사이의 전력 변환기로써 매우 적합할 뿐만
아니라 배터리 또는 태양전지 등과 같이 낮은 출력전압 특징을 갖는 에
너지원을 높은 전압으로 변환해 주는 대전력용 컨버터로 확장하여 적용
할 수 있다[6.또한 이 컨버터의 변압기 결선 형태 및 출력 정류회로
1]
구조에 변화를 주어 보다 높은 승압비를 갖는 컨버터로의 응용이 가능하
다. 논문에서는 3 전류형 능동 클램프 D - C 부스트 컨버터 실험
본
상
CD
과 3 인터리브드 방식의 부스트 컨버터 및 양방향 컨버터를 제작 하였
상
으며 동작 해석 및 실험을 통하여 확인하였다.
- 2 -

16. 제 2장 3 능동 클램프 전류형 DC DC 컨버터
상
-
21컨버터의 구성
.
그림 2
.
1연료전지용 3 전류형 능동클램프 D - C 컨버터
상
CD
연료전지의 정격 출력 전압은 약 D 2∼7
C 6 2V 이므로 교류전원계통
연계를 위해서는 인버터 입력 전압으로 적어도 30V c정도의 d-ik
7 d
cl
n
전압이 필요하다. 따라서 연료 전지의 출력 전압을 승압하기 위해
D - C 컨버터가 필수적이다[] 본 컨버터는 3 시스템을 채용하여 단
CD
1.
상
상 대비 3 전력 전달에 의해 전력밀도가 증가하며,유효 동작 주파수
상
가 3 증가함으로써 입력 전류 및 출력 전압 리플이 감소하는 효과를
배
얻었다.
그리고 스위치에 흐르는 전류의 실효값이 감소하고,
변압기 이용
률이 향상된다[4.이와 같은 장점으로 인해 3 전류형 능동 클램프
1]
상
D - C 컨버터는 연료 전지의 낮은 출력 전압과 인버터 입력단의 dCD
c
링크 단의 높은 D 전압을 승압하는데 적절하다.그림 2 은 본 컨버터
C
.
1
의 회로를 나타낸다.
- 3 -

17. 22컨버터 P M동작
.
W
그림 2
.
2스위칭 신호 및 입력 전류 I,
d 스위치 전류 I ,
s
1
변압기 선전류 I
A
그림 2 은 P
.
2
WM 방법과 그에 따른 파형을 나타낸다. 6 7. 개의 주
[ , ]6
11
스위치가 모두 켜지면 입력 인덕터에 에너지가 저장되며,이 때 증가하
는 전류의 기울기는 인덕턴스와 입력 전압에 의해 결정된다.
그리고 3
개
의 주 스위치가 꺼질 때, 개의 스위치는 켜진 상태로 유지되며, 스위
3
이
치를 통해 전류가 변압기로 흐르고,
다시 3 변압기와 3 정류기를 통
상
상
해 부하로 에너지가 전달된다.
컨버터에 흐르는 전류 파형에 따라 동작을 구분하였고 각 동작에 대한
해석을 실시하였다.
- 4 -

18. 23Fy a k방식 채용
. lb c
그림 2 lb c
. y ak방식을 채용한 컨버터 등가회로
3f
3 전류형 능동 클램프 D - C 컨버터의 경우,
상
CD
구조적으로 과전류와
전원의 단락에 대한 보호 등의 장점이 있다.
하지만,
기동시 클램프 전압
과 출력 전압의 차로 인해 스위치 및 변압기 권선에 큰 단락 전류가 흐
르는 단점이 있다.
따라서 컨버터가 정상적으로 동작하기 위해서는 초기
기동시 출력 전압이 확립되어야 하며,그 값은 2 측으로 환산한 변압
차
기 1
차측의 입력 전압보다 작으면 안 된다.그러므로 입력 인덕터에 부
가적으로 2 권선을 감아서 플라이백 방식으로 출력 전압을 확립하는
차
방법을 적용하였다.
- 5 -

19. ()기동시 P
a
WM 방법
()정상상태에서 P
b
WM 방법
그림 2
.
4동작 상태에 따른 P
WM 방법
그림 2 a는 3 전류형 능동 클램프 D - C 컨버터를 기동하기 위
. ) 상
4(
CD
한 P
WM방법을 나타낸다.기동시 컨버터는 능동 클램프 플라이백 컨버
터로 동작한다. 개의 주 스위치가 켜지면 입력 인덕터에 전류가 흐르고,
6
에너지가 저장된다. 스위치가 모두 꺼지면서 클램프 스위치가 켜지면,
주
플라이백 방식을 통해 입력 인덕터의 2 권선에 전류가 흐르고,출력
차
측으로 에너지가 전달된다.
- 6 -

20. 그림 2 lb c
. y ak모드일 때의 컨버터
5f
그림 2 c 오프, 1 ∼ S 온일 때의 컨버터 회로
.
6S
S
6
그림 2
.
5는 f b c
l ak모드일 때 전류가 흐르지 않는 회로를 제거한 간
y
략화된 컨버터 회로도이고,그림 2
.
4의 P
WM 방법으로 스위칭한다.그
림 2
.
6은 S 온, 1 S 오프일때의 컨버터 회로도이고, 때에는 Lc 에
S~ 6
이
c
d
에너지가 충전되고, d 2
Lc 차측에는 코일 감은 방향과 D 다이오드로 인해
f
전류가 흐르지 않는다.
- 7 -

21. 그림 2
.
7은 S 온, 1 S 오프일 때 의 컨버터 회로도 이며 이때에는
S~ 6
c
I 의 전류가 감소하고 이에 따라 Lc 2
차측의 전류는 D 방향으로 증가
d
d
f
하는 형태로되어 출력 캐패시터 C 에 충전되어 전압이 상승한다.
o
그림 2 c 온, 1 ∼ S 오프일 때 의 컨버터 회로
.
7S
S
6
위와 같은 원리로 출력 캐패시터 C 에 전압이 충전되며,듀티와 출력
o
전압의 관계식은 다음과 같이 유도된다.

   

(. )
20
1
여기서 D는 듀티비, F는 입력 인덕터와 플라이백 권선의 권선비이다.
n
주 스위치 S~ 6 가해지는 전압 스트레스는 클램프 전압과 같다.
1 S에

   

(. )
21
1
기동시 듀티가 0
부터 증가하여 0 가 되면 출력 전압은 다음과 같다.
.
5
- 8 -

22.   
(. )
22
1
권선비는 2: 6임으로 이론상 입력전압 2V c의 8
27
1
6d
배가 되는 28
0V
까지 출력전압이 형성된다. 이후에 그림 2 b
그
. )의 3 전류형 능동
4(
상
클램프 d- c컨버터의 P
cd
WM 방법으로 스위칭 한다.기본 동작 방법은
다음과 같다.DT 구간에서 6
개의 주 스위치가 모두 켜지면 입력 인덕
S
터에 에너지가 저장된다.그리고 (- T 구간에서 3
1 D) S
개의 주 스위치가
꺼지면 나머지 3
개의 주 스위치를 통해,3 변압기와 3 정류기를 거
상
상
쳐 출력 측으로 에너지가 전달된다.
능동 클램프 회로는 주 스위치 오프
시 변압기의 누설 인덕턴스에 저장된 에너지에 의해 브리지 전압에 서지
가 발생하는 것을 막아준다.
출력 전압은 다음과 같다.

   

(. )
23
1
부스트 컨버터 동작시 주 스위치 S∼S 양단에 가해지는 전압 스트레
1
6
스는 변압기의 1 측으로 환산한 출력 전압과 같다.
차

   

(. )
24
1
3 전류형 능동 클램프 d- c 컨버터의 기동 방법을 시뮬레이션을
상
cd
통해 확인하였다.기동시 초기 듀티는 0
부터 0 까지 2msc동안 증가
.
5
0 e
한다. 때 컨버터는 개루프로 제어되며,입력 인덕터의 플라이백 권선
이
을 통해 출력 측으로 전력이 전달된다.출력 전압 V 가 어느 정도 확립
o
되면 폐루프 제어를 통해 컨버터는 정상 상태로 동작하며,
출력 전압 및
입력 전류를 일정하게 유지하게 된다.
- 9 -

23. 그림 2 lb c
. y ak기동시 입력 전류,
8f
출력 전압 파형
표 2
.
1모드 변화에 따른 D t
uy와 출력전압 V
o
f bc
l ak기동
y
o el p
pno
o
c sdop
l el
o
o
Dt
uy
0→ 6%
0
6% → 4%
0
5
4% → 4%
5
4
V
o
0∼ 20
5V
20 ∼ 30
5V
8V
32
8V
그림 2
.
8은 f b c 으로 기동한 후 오픈루프로 일정전압까지 상승시
l ak
y
킨후 클로즈 루프로 전환하기 까지의 입력 전류와 출력전압을 도시한 것
이다.출력전압이 상승하기 시작한 구간부터가 스위치 턴온한 시간이고,
입력 전류가 튀는 부분까지 f b c 모드로 동작한 부분이다.Lc 의 권
l ak
y
d
선비로 인해 f b c
l ak모드에서 상승할 수 있는 출력전압이 한계가 있고,
y
이론적으로
Dt .
uy0
5일 때 28 였으나 실험에서는 D t 0
0V
uy .
6까지 상
- 10 -

24. 승시켜 20 까지 상승하였다.f b c 모드로 출력전압을 20 까지
6V
l ak
y
6V
상승시킨후 D t 0 5 의 오픈루프로 넘어가게 되는데,D t 0 5
uy .
4
uy . 에서
4
안정화된 출력전압은 D 30 이다.
C 8V
이때 D 20 와 D 30 의 차
C 6V
C 8V
이만큼 입력전류가 급상승하게 되고 그림 3 에서 입력전류가 튀게 된
.
8
원인이다.입력전류가 4A 정도까지 순간튀었으나 트립레벨 8A 와
0
0
Moft한계 전류 용량에 충분한 여유가 있으므로 큰 문제가 되지 않는
se
다.
출력 전압센서로 측정해서 D P 가 인식한 출력전압이 D 30 근
S
C 8V
처로 안정화 되면 클로즈 루프로 넘어가게 된다.
- 11 -

25. 243 능동 클램프 전류형 DC D 컨버터 구현
. 상
- C
241DS 2 0
..
P 88
메인
CU
P는
T 30 20을
MS 2F 88
사용하였다. 20은
88
T ( ea
I xs
T
Isrme t)
nt
u ns사에서 종래의 T
MS 30 2x MS 2F 4x 뒤를 이어
2F 4 ,T 30 20 의
심혈을 기울여 제작한 3비트 고속 D P 10 P 고속 처리 능력,
2
S 로 0MIS
풍
부한
내부
자원(2
1비트
고속
AD
/
변환기, 풍부한
메모리
( l h R M= 4 x 1,S A 1K x 1) 개의 S I
Fa - O 6K
s
6 R M= 8
6,2
C(
비동기 통신 포
트) C N 통신,
, A
4
개의 S I 등이 있어서 특히 모터 제어 시스템에 많이
P)
응용되고 있다.
()DS 2 0
1
P 0 8보드 사양
T
MS 30 20의 개략적인 특징을 살펴보면 다음과 같다.
2F 88
고성능 3 비트 DS
2
P
-10 z(0n )처리 속도
0MH 1 s
-저 전압(. C r, . I )동작
1 V oe 3 V /
8
3
O
-3 V FahPo rmmig전압
.
3 l
s rga
n
-J AG 지원
T
-4 선형 P o rm/ aa공간 관리
M
rga D t
-저 소비 전력 동작 모드 지원: D E S A D Y H L
IL , T N B , A T
내부 메모리
-6K x1 l hR M
4
6Fa
s O
-1 x1 T R M
K
6O P O
-L , 1: 개의 4 x1 A A
0L 2
K
6S R M
-H
0: K x1 A AM
8
6S R
-M0 M1: 개의 1 x1 A A
,
2
K
6S R M
-B O R M(K x1): otmo e 표준 수식 tbe
O T O 4
6 Bo
d,
al
- 12 -

26. -18btS c ryKe / ok:
2 i eui
t
yL c 불법 복제 방지 기능
외부 인터페이스( 2 0 )
F 88
-전체 1 영역까지
M
-Po rmma l
rga
be웨이트 상태
-Po rmma l edWreSrb
rga
beR a / i t e타이밍
t
o
-3
개의 선택 신호
- 주변 및 보조 장치
-P L 기능
L
-Wac o
thD g타이머 기능
-4개의 외부 인터럽트
3
-2
조의 Moo
tr제어 장치 : V , V
E A E B
-통신 장치: P, C(개) C N Mc S
S IS I
2 , A , BP
-A D 변환기 : 2
/
1비트, 6
1채널, 채널 동시 S mpeH l,
2
a l o 고속 변환시간
/ d
(6n /.
10 s6 5MS S
2
P)
-범용 I P r 최대 3개
/ ot:
O
5
F 88 외부 인터페이스 신호가 나와 있어 외부 메모리나 I 확장이
20는
/
O
가능하며 10p ca e 되어 있어 소형 보드 제작에 유리하다.
0 ak g 로
또한 명령
처리속도는 10 z동작 시에 1 sc 고속 연산이 가능하다.
0MH
0n e의
내부 메
모리의 크기는 1K 워드(6
8
1비트)
이고, l hR M은 6K 워드로 소형 제
Fa
s O
4
어기의 설계에 충분한 프로그램 공간을 가지고 있다.
한편,
전류 및 전압 검출을 위한 A D 변환기는 분해능이 1비트급이며,
/
2
3 P
상 WM 출력과 입력 처리가 가능한 3
조의 e WM 장치와 비동기 통신
P
(개) C N 통신, P
2 , A
S I통신,
WD G 3비트 타이머(개)
O ,2
3 ,Mc S 통신,
BP
5개의 I 핀 등의 유용한 입출력 장치를 내장하고 있다. 그림 2 는 본
6
/
O
.
9
연구의 메인 C U 사용되고 있는 T 30 20의 내부 기능 블록도를
P로
MS 2F 88
나타내고 있다.
- 13 -

27. 그림 2
. MS 2F 88내부 기능 블록도
9T 30 20
이 중에서 P
WM1∼ P
WM6 대부분 3 인버터의 제어를 위하여 파
은
상
워 모듈과 연결된다.
또한 별도의 외부 메모리 없이 내부 메모리상에서 프
로그램을 수행하도록 설계 되어 있으며,
내부의 수행되는 연산등과 아날로
그 데이터의 확인을 위해 S I통신포트를 이용하여 모듈에서는 D 컨버
P
A
- 14 -

28. 터에 이용하였다.
또한 내부 A 컨버터를 전류와 전압을 측정할 수 있도
D
록 외부 핀으로 연결하였다.
()D P 2 0 C g r e i
2 S 8 8P B eb rf e
l
앞장에서는 회로의 구성을 확인하였다. 회로를 토대로 모듈을 만들었
이
다 첫 번째로 P B 아트웍을 수행하였다.
C
거버 파일은 그림 2 0 같으며
.과
1
여기서 모듈의 크기와 소자들의 부품배치를 확인할 수 있다.
그림 2 0D P 20 C 거버 파일
.
1 S 88P B
()D P 2 0
3 S 8 8모듈 사진
앞에서 언급된 거버 파일을 가지고 P B 제작 하였다.
C를
그림 2 1과 그
.
1
림 2 2는 D P 20
.
1
S 88모듈의 그림이다.
- 15 -

29. 그림 2 1 20
.
1
88모듈 앞면
그림 2 220
. 88모듈 뒷면
1
242F G ( P 1 8
.. P A E M7 2 )
그림 2 3스위칭 신호의 생성 과정
.
1
그림 2 3에 스위칭 신호의 생성 과정을 나타내었다. 상 전류형 능동
.
1
3
클램프 d- c컨버터의 스위칭 신호는 주 스위치와 클램프 스위치를 합
cd
쳐 총 7
개가 있어야 한다.적절한 스위칭을 위해 D P
S 에서 7
개의 기본
- 16 -

30. 스위칭 신호를 만든 후 F G ( P 18
P A E M72)에서 논리 게이트를 통해 신호
를
적절히
변형한다. D P
S 로부터
입력된
7
개의
스위칭
신호를
F G ( P 18에서 변형시켜 최종 스위칭 파형을 만들어낸다.그리고
P A E M72)
8
비트 카운터를 이용하여 스위치의 영전압 스위칭을 이루기 위해 주 스
위치와 클램프 스위치 사이에 데드타임(ed t ) 적용한다.그리고
da i 을
me
주 스위치와 클램프 스위치 사이에 데드타임을 적용하여 MO F T 영
SE 의
전압 스위칭을 이루도록 하였다.P B 구성은 그림 2 3 스위칭 신호
C
.의
1
의 생성 과정을 고려하여 제작하였다.
243d - cc n etr보드 구성
.. c d o v re
3 전류형 능동 클램프 D - C 컨버터는 디지털 신호 처리기 ( S
상
CD
DP
: T 30 20) E M72,
MS 2F 88, P 18 게이트 드라이버 부분, C D 컨버터,
D -C
입
력 전류 및 출력 전압 센서,
트립 발생 부분, D 컨버터 입력 부분으로
A/
구성되어 있다.
244시작품 d - cc n etr제작
..
c d o v re
3 전류형 능동 클램프 D - C 컨버터를 제작하였고 그림 2 4 같
상
CD
.와
1
다.제작된 P B 는 Moft( F 27,입력전류센서,출력전압센서,클
C
se I 42)
R
램프 회로,
게이트드라이버( 204, P A D P 제어보드 등으로 구성
I 16) F G , S
R
되어 있다.
그림 2 5 d
. 는 c- d
1
c컨버터 구성 사진이며,D - C 컨버터 보드와 3
CD
상 변압기, 상 정류기,
3
입력 인덕터 Lc , lb c
f ak기동 다이오드와 출력
y
d
부하 등으로 구성되어 있다.
- 17 -

31. 그림 2 4시작품 D - C cn etrP B
.
1
C D ovr
e C
그림 2 5시작품 D - C cn etr
.
1
C D o vr
e
- 18 -

32. 25실험 결과
.
251F y a k 기동 실험
.. lb c
그림 2 6Fy ak기동시 입력 전류 ( h ) 출력전압 ( h )파형.
. lb c
1
C 1,
C2
그림 2 6은 f b c 으로 기동한 후 오픈루프로 일정전압까지 상승시
.
1
l ak
y
킨후 클로즈 루프로 전환하기까지의 입력 전류와 출력전압을 찍은 파형
이다. f b c 방식으로 기동 후 o e lo 로 일정전압까지 상승시킨 후
l ak
y
pnop
c sdl p 정상적으로 모드변환이 이루어지면서 안정적인 동작을 하
le o 로
o
o
는 것을 확인할 수 있다.앞절에서 f b c 기동방법을 이론적으로 설명
l ak
y
한 바와 같이 동일한
동작을 보임을 확인 하였다.
- 19 -

33. 252부하변동 실험 파형
..
정상적인 f b c 기동을 확인 한 후,출력 부하 증가에 따른 컨버터
l ak
y
동작을 확인 하였다.실험은 입력 전압 D 2 ,
C 6V 출력전압 D 30V
C 7 를
기준으로 하여 10 단위로 부하를 증가시켰다.
0W
그림 2 7 60 부하에서의 출력전압 D 30 와 입력전류 파형이
. 은 0W
1
C 8V
며,스위치 DT
s동안 전류가 증가하고 (- T
1 D) s동안에는 전류가 감소
하는 정상적인 전류 파형을 보인다.
그림 2 8 70 이고 그림 2 9
. 은 0W
1
.는
1
80 부하일 때 파형이다.
0W
각각의 부하증가 파형으로 볼 때 정상적으로
동작하고 있는 것을 확인하였다.
그림 2 7P : 0W,
.
1
60 출력전압( h ) 입력전류( h )파형
C 3,
C4
- 20 -

34. 그림 2 8P : 0W,
.
1
70 출력전압( h ) 입력전류( h )파형
C 3,
C4
그림 2 9P : 0W,
.
1
80 출력전압( h ) 입력전류( h )파형
C 3,
C4
- 21 -

35. 253스위치 써지 전압 측정
..
P
WM 신호 온오프 사이에 V s 전압이 인가되는 초기에 써지가 발생
d
하게 되고, 써지전압이 Moft한계 전압을 넘으면 고장이 발생한다.
이
se
이러한 고장을 막기 위해 실험 단계에서 각 출력부하별 써지전압 파형을
관찰하고 기록하였고,
측정된 전압은 문제가 발생하지 않는 전압이다.
그
림 2 0 50 그림 2 1 70 그림 2 2 80 일 때의 V s 이
. 은 0W,
2
. 은 0W,
2
. 은 0W
2
d
고, 2 는 각각의 출력부하에서의 V s 써지전압의 크기를 기록한 것이
표 .
2
d
다.
그림 2 0P : 0W,
.
2
50 입력전류( h ) V sC 3
C 1, d( h )
- 22 -

36. 그림 2 1P : 0W,
.
2
70 입력전류( h ) V sC 3
C 1, d( h )
그림 2 2P : 0W,
.
2
80 입력전류( h ) V sC 3
C 1, d( h )
- 23 -

37. 표 2
.
2부하 변화에 따른 V s 써지전압
d
출력부하(
W) V s 써지전압(
V)
d
40
0
10
3
50
0
10
6
60
0
10
7
70
0
10
6
80
0
10
6
254출력전압 rg lt n
..
e uai
o
그림 2 3 표 2
.은
2
.
3의 각 부하별 출력전압 수치를 그래프로 나타낸 것
이다.기준 제어 출력전압 30 로 지정하였으면 부하변동에 따른 실제
8V
제어 출력전압은 약 + . - . % 이내로 안정적인 제어가 이루어지고
0 %, 0 1
8
9
있음을 확인하였다.
표 2
.
3부하 변화에 따른 출력전압 ( o t
V u)
출력부하(
W)
출력 전압( C
D )
10
0
20
0
30
0
40
0
50
0
60
0
70
0
80
0
- 24 -
VoV)
(
30 7
8.
6
33
8.
3
30 3
8.
8
37 3
7.
2
37 6
7.
9
36 1
7.
5
38 2
7.
4
38 8
7.
3

38. 그림 2 3출력전압 rg l i
.
2
e ua o
t n그래프
255클램프전압 측정
..
정상 상태에서 클램프 커패시터 전압은 수식 (. )과 같이 구할수
25
1
있고,
출력 부하가 올라갈수록 필요한 D t
uy비는 증가하고 이에 따라 클
램프 커패시터 전압도 상승한다.

  
   
(. )
25
1
표 2
.
4클램프전압 측정표
출력 부하(
W) 클램프 전압(
V)
10
0
20
0
30
0
40
0
50
0
60
0
70
0
80
0
4
9
5
1
5
3
5
7
6
1
6
5
7
2
7
9
- 25 -

39. 그림 2 4부하별 클램프 전압 그래프
.
2
256온도 측정
..
그림 2 5부하별 온도변화 그래프
.
2
80
0W에서 컨버터의 안정된 동작을 보임에 따라 일정시간 동작 후의
하드웨어의안정성을 확인하기 위해 온도 측정 실험을 하였다.그림 2 5
.
2
은 출력부하별 각 기기별 온도를 측정하여 도시한 것이다.무부하에서
80
0W까지 부하변동에 대해 안정된 온도 변화를 보여주고 있다.
- 26 -

40. 257효율 측정
..
계측기로는 Y K G WA
O O A
사의 WT 3 I I A P WR ME E 을
20D G T L O E
T R
사용하여였다.WT 3은 전력 측정 기기로서 3
20
개의 채널로 구성되어있
으며. 채널에서 전류,
각
전압,
전력,
효율을 측정할 수 있다. 2 는 각
표 .
5
부하별 측정된 입·
출력 전압,
전류,
전력을 측정하여 기록한 것이다.
표 2
.
5부하별 효율 측정
그림 2 6부하변화에 따른 효율 변화 그래프
.
2
- 27 -

41. 2583 계통연계실험
.. 상
그림 2 73 계통연게 실험 구성도
. 상
2
3 전류형 능동 클램프 D - C 컨버터를 실제 연료전지(E C 와
상
CD
P MF )
3 계통연계 실험을 하였다. 그림 2 7 3 계통연게 실험 구성을 나
상
.은 상
2
타내며.
구성 사양은 다음과 같다.
-연료전지발전( E C 사양 :12 W 정격. alr
P MF )
.k
B l dNe aMo ue
a
x
dl
-컨버터 : 상 전류형 능동 클램 D - C 컨버터
3
CD
-배터리 : 1- 21V 1A , 개 직렬연결.
WP 8 1 2 8 h 2
▷ 2V N x
4
e a초기 전력 공급
연료전지의 D 3V ∼ D 7V 의 낮은 출력전압을 D - C 컨버터
C 0
C 2
CD
에 의해
D 40 로 승압되어 D l k D - C 컨버터 출력전압)
C 0V
C i 단( C D
n
에
충전된다.D l 단의 충전된 전압은 인버터를 통해 전력계통으로 전
C i
mk
달된다.
- 28 -

42. V : C D 컨버터 입력전압
D -C
d
I : C D 컨버터 입력전류
D -C
d
(연료전지 출력전압)
=
V : C D 컨버터 출력전압
D -C
o
(연료전지 출력전류)
=
I : C D 컨버터 출력전류
D -C
o
그림 2 8연료전지 출력 전압 및 전류, C 링크단 전압 및 전류
.
2
D
그림 2 8 3 계통연계 시 부하용량 변화에 따른 D - C 컨버터
.은 상
2
CD
입·
출력 전압,
전류의 파형을 나타내며,
부하용량은 10 30 50
0W, 0W, 0W,
70 로 단계적으로 변화를 주어 측정한 파형이다.그림 2 8
0W
. 에서 부하
2
변동 시 D - C 컨버터 입력전압은 연료전지의 출력전압 특성에 의해
CD
변동이 있지만 컨버터 출력전압은 D 40 의 일정한 전압을 유지하면
C 0V
서 안정적인 동작을 하는 것을 알 수 있다. 부하용량의 큰 변화에서도
안정된 동작을 확인 하였다.
- 29 -

43. 제 3장 3 인터리브드 양방향 DC DC 컨버터
상
-
31부스트 모드
.
그림 3 상 인터리브드 방식 부스트 컨버터의 등가회로
.
13
그림 3 은 3 인터리브드 D - C 양방향 컨버터의 부스트 모드 일
.
1
상
CD
때의 등가회로를 나타낸다.
부스트 컨버터의 등가 회로는 누설 인덕턴스
Lk ∼ Lk를 포함하는 이상적인 모델의 △- 방식으로 결선된 3 고
△
상
la
la
주파 변압기 구조를 포함하고 있다. 등가 회로에서 입력 부스트 인덕
이
터 L ∼ L는 각각 등가 전류원으로 I1 ∼ I3 으로 표시 할 수 있다.
1
3
L
L
전류 i ∼ i는 △- 방식으로 결선된 3 고주파 변압기 1차측 각
△
상
a
p
c
p
상의 상전류로 나타내고,i ∼ i 는 부스트 컨버터부의 3 출력 전
상
a
H
c
H
류로써 변압기의 각 상 1차측에 입력되는 3 선전류를 나타낸다.
상
또한
i1 ∼ i3 는 각각 능동 클램프 스위치의 3 클램프 전류를 나타낸다.
상
s
c
s
c
전압 v ~v는 부스트 컨버터부 3 출력단의 각 상전압이며, a ∼ va
상
vb
a
c
c
는 △- 결선된 3 변압기 1차측 각 상간에 인가되는 3 선간 전압
△
상
상
이며,
전압 vb ∼ va는 3 변압기의 2차측 각 상 선간 전압 또는 상
상
as
cs
전압이다.본 컨버터는 낮은 전압원 V를 입력 받아 이와 같은 전압 및
i
전류의 내부 변환 과정을 거쳐 높은 직류 전압으로 승압하여 부하 측에
전달해 준다.
- 30 -

44. 311P
.. WM 동작 방법
그림 3 상 인터리브드 부스트 컨버터의 스위칭 P
.
23
WM,
전압 및 전류 파형
그림 3 는 3 인터리브드 부스트 컨버터의 스위치 P
.
2
상
WM과 컨버터 각
부의 이상적인 전압 및 전류의 파형을 나타낸다. 컨버터의 동작 모드
이
는 스위칭 주파수의 한 주기마다 총 1
2개의 구간으로 구분할 수 있으
며,
그림 3 에서 i 의 동작 파형으로 8 구간으로 나눌 수도 있다.
.
2
개
a
p
DT 기간은 주 스위치가 턴 온 되어 입력 인덕터에 에너지가 저장되
s
는 구간이며, 구간에서 저장된 에너지는 나머지 구간에서 스위치들의
이
온/
오프 동작에 따라 3 변압기와 3 정류기를 거쳐 출력 측 부하로
상
상
에너지가 전달된다.
- 31 -

45. 그림 3 에서 주 스위치의 게이트구동 파형인 v1 ∼ v3 기준으로
.
2
G
G를
이 컨버터의 동작 모드를 분석해 보면 크게 3구간으로 구분된다.
3개의 주 스위치 모두 또는 2개가 온이 되는 상태가 반복되어 듀티비
가 13및 23 지점에서 3개 동작모드 구간으로 구분 된다.
/
/인
3121 W급 3 인터리브드 부스트 컨버터 시뮬레이션
.. k
상
부스트 컨버터 기본사양은 표 3 의 파라미터에 정리하였다.
.
1
앞에서 설
명한 컨버터 동작방법과 표 3 의 파라미터를 적용하여 P i
.
1
s
m을 이용한
시뮬레이션을 수행였고 그림 3 은 그 결과이다.
.
3
그림 3 은 저전압측 A
.
3
상에 해당하는 A,상잔 전압 ( a) 저압측 A 상 전류 () 클램프 스위
B
Vb ,
i,
a
치 전류 ( c) 나타낸다.
i1 를
클램프 스위치 전류 ( c)
i1 파형을 통해 Z S 동
V
S
S
작이 이루어짐을 알 수 있다. 상과 C 역시 A
B
상
상과 10
2°위상차만 있
을뿐 동작과 파형은 A상과 같다.
표 3
.
1부스트 컨버터 파라미터
Crute me t
i i l n
c
e
B otId ca c 1 ∼ L (H)
os n u tn eL
3 u
V le
a
u
20
5
L a a eId ca c l (H)
ek g n u tn eLk u
8
T a some
rn fr rMa n t igId ca c m ( )
g ein n u tn eL mH
z
2
T a some un ai
rn fr rT rsR t
on(N2 N1
= / )
5
S thn ei
wi igP r dT ( )
c
o S mS
4
0
D t ai
uyR t
oD
08
.
6
L a ei a c L ( )
odR s tn eR Ω
s
16
3.
9
Ip tV l g i ( )
n u o a eV V
t
2
6
O tu o a eV ( )
up tV l g o V
t
30
7
O tu o rP (
up tP we o W)
10
,0
0
- 32 -

46. 그림 3
.
3부스트 컨버터시뮬레이션 결과파형.
저압측 AB 상간전압
,
( a) 저압측 A 상 전류() 클램프 스위치 전류 ( c)
Vb ,
i,
i1 .
a
S
3131 W급 3 인터리브드 부스트 컨버터 시작품 구현
.. k
상
1P
. WM 스위칭 신호 생성 과정
그림 3 는 3 인터리브드 부스트 컨버터에 적용되는 스위칭 신호 생
.
4
상
성 과정을 나타낸 블록다이어 그램이다.본 컨버터는 주 스위치와 보조
스위치를 포함하여 총 6
개의 스위칭 신호가 필요로 하며 이는 D P
S와
F G 를 사용하여 만들어 주게 된다.D P
PA
S 에서 발생한 P
WM 신호를
F G 에 의해 3
PA
상에 적합하도록 서로 10씩 상 이동하여 하였으며
2°
MO F T 스위칭 동작시 영전압 스위칭(Z S )동작에 따른 손실 감소
SE
V
효과를 얻기 위해
da i 을
edt
me
각각의 6
개의 스위칭 신호에 적용하여
스위칭 신호를 구현하였다.시작품 3 인터리브드 부스트 컨버터의
상
P B 구성은 그림 3 의 스위칭 신호의 생성 과정을 고려하여 제작하였
C
.
4
다.
- 33 -

47. 그림 3 상 인터리브드 부스트 컨버터의 스위칭 신호 생성 과정
.
43
2 3 인터리브드 부스트 컨버터 시작품 제작
.상
그림 3 k
. W급 3 인터리브드 부스트 컨버터 시작품
51
상
- 34 -

48. 3143 인터리브드 부스트 컨버터 실험
.. 상
1 3 인터리브드 부스트 컨버터 실험세트 구성
.상
그림 3 상 인터리브드 부스트 컨버터 실험세트 블록다이어 그램
.
63
그림 3 는 본 실험세트의 블록다이어그램을 나타낸다.컨버터 입력에
.
6
공급하는 전원은 연료전지의 낮은 전압 출력특성을 때문에 1k 정도
W
의 부하에서도 비교적 큰 전류가 필요하므로 컨버터 실험기준 전압 D
C
2V
6 에서 D 6A
C 0 의 전류를 출력할 수 있는 d 전원장치(M7- 2
c
S 0 2,
D L A E E T O I ) 사용하였다.컨버터를 낮은 부하로부터 1
ET
L K R N KA 를
k
W까지의 부하 범위에서 정확한 실험 측정을 위해 두 개의 채널에서
입·
출력 전압,전류 및 전력 측정이 가능함과 동시에 효율 계산 기능을
갖춘 파워메터( 20 Y KO A
WT 3, O G WA 를 선정하였다.
)
실험 조건은 컨버터를 2k z 스위칭 주파수로 구동하고 입력전압과
5H 의
출력전압을 각각 D 2
C 6V 및 D 30V 로 일정하게 유지하는 조건에
C 7
서 부하용량을 10 W부터 1 k 까지 변화시키며 각 부문의 파형 및
0
W
입출력 효율을 측정하였고 그 결과를 분석하였다.
- 35 -

49. 2 3 인터리브드 부스트 컨버터 실험결과
.상
그림 3
.
7컨버터 3 출력전류 i (h ) i (h )및 i (h )
상
a c 1, b c 2
c c 3.
( 0 8 i 2VV = 7V P = k
D= . , = 6 ,o 30 , o 1 W)
6V
그림 3 은 부하용량 1k
.
7
W에서의 컨버터 3 출력전류 파형을 나타낸
상
다.3
개의 출력전류가 서로 10
2°위상차를 가지고 전형적인 3 출력을
상
보여 주고 있다.
실험 조건은 입력 전압 D 2V 출력전압 D 30 기
C 6,
C 7V
준으로 실험한 파형이고 이 때의 듀티는 0 8이다.
.
6
그림 3 은 그림 3 과 같은 조건에서 측정한 파형이다.A
.
8
.
7
상의 선전류
i 기준으로 A
를
상과 연관된 출력 선간전압과 클램프 전류 파형으로부터
a
3 동작에서 한 상이 정확한 동작하는 것을 알 수 있다.
상
- 36 -

50. 그림 3
.
8고압측 출력전압 vb (h ) 선전류 i (h )및 클램프 전류
a c 1,
a c2
i1 (h ) ( 0 8 i 2VV = 7V P = k
6V
S
c c 3. D= . , = 6 ,o 30 , o 1 W)
그림 3 인터리브드 방식이 적용된 컨버터 입력전류 i(h )와
.
9
i c1
3 입력 인덕터 전류 i (h ) i (h ) i (h )
상
L
1 c 2, L
2 c 3, L
3 c 4.
( 0 8 i 2VV = 7V P = k
D= . , = 6 ,o 30 , o 1 W)
6V
- 37 -

51. 그림 3 는 입력단의 삼상 부스트 인덕터 L, 2 및 L 각각을 통하여
.
9
1 L
3
흐르는 전류 i , L 및 i 과 인터리브드된 컨버터 입력 전류 i 파형을
의
L i
1
2
L
3
i
보여 준다.
인터리브드된 입력 전류 i 컨버터 스위칭 주파수에 대하여
는
i
3배의 리플 주파수를 갖고 리플 전류 값의 크기가 줄어든 전형적인 인
터리브드 동작의 결과를 보여 준다.
그림 3 0주 스위치 S Z S 턴온 파형 . GS (h ) i (h )
.
1
v 1 c 1, S c3.
1 V
1
( 0 8 i 2VV = 7V P = k
D= . , = 6 ,o 30 , o 1 W)
6V
그림 3 0 컨버터의 주 스위치 S 의 Z S 턴 온 파형을 보여 준다.
.은
1
V
1
이 파형에서 S 에 턴 온 게이트 신호가 인가되기 전에 스위치의 역병렬
1
다이오드가 도통되어 스위치 양단의 전압이 영 전압으로 유지되고 있음
을 확인할 수 있다.
- 38 -

52. 그림 3 13 인터리브드 부스트 컨버터의 각 부하별 효율.
. 상
1
그림 3 1 그래프는 0
.은
1
.
1∼ 1k
W의 부하 범위에서 컨버터의 입출력
효율측정 결과를 보여준다.이 그래프에서 시작품 컨버터는 전체적으로
약 9% 이상의 효율로 작동함을 보이며,이는 인터리브드 방식의 채용
5
과 정상상태에서의 전류 연속모드 및 Z S 동작으로 인한 손실감소의
V
결과이다.
3153 인터리브드 부스트 컨버터 전압전달비 분석
.. 상
변압기의 1차측 선전류 중 하나인 i에 대해 유도된 식과 능동클램프
a
p
중 하나에 흐르는 전류인 i1 대해 유도된 식을 통해 3 인터리브드
상
S 에
c
부스트 컨버터의 전압전달비 식을 유도할 수 있다. 3 는 듀티비 0∼
표 .
2
13 13∼ 23 23∼ 1등 3개 구간에 대하여 정리한 것이다.
/, /
/, /
그림 3 2 듀티비의 3개 구간별로 듀티비 변화에 따른 전압전달비
.는
1
의 변화 그래프를 보여 준다. 3 의 각 듀티 구간별 계산된 값과 이상
표 .
2
적인 부스트 컨버터의 전압 전달비 그래프를 함께 표시하였다.
- 39 -

53. 표 3 상 인터리브드 부스트 컨버터 전압전달비
.
23
듀티비 (
D)
전압전달비 ( T )
V R
2
0∼ 13
/
13∼ 23
/
/
Vo
=
Vi
-
æ D 2Ts ö
D 2Ts
4 D 2Ts
+ ç
ç nL ÷ + 3hR L
÷
nLlk
L lk
è lk ø
2(1 - D )
3hRL
æ
2
æ 3n 2 Llk
ç 3n Llk
+ ç
n×çç hR T
ç hRLTs
è L s
Vo
è
=
2(1 - D )
Vi
2
ö
ö
÷ + 4÷
÷
÷
÷
ø
ø
2
23∼ 1
/
Vo
=
Vi
-
1- D
4 Llk
æ1- D ö
+ ç
÷ +
n
è n ø 3hRLTs
2 Llk
3hRLTs
그림 3 2 듀티비 변화에 따른 전압전달비 그래프
.
1
- 40 -

54. 32벅 모드
.
양방향 컨버터는 벅 모드에서 3 하이브리지정류회로를 채용하여 부
상
스트 모드 회로를 변경하지 않아도 효과적으로 동작할 수 있는 구조이다
[2[3. 정류회로는 3
1] ] 이
1
개의 정류다이오드와 3
개의 인덕터로 이루어져
있으나 3
개의 인덕터에 의한 인터리브드 동작으로 배터리 충전전류의 리
플크기는 작아진다[5.
1] 그림 3 3 벅 모드로 동작 시 양뱡향 컨버터의
.는
1
등가회로를 나타낸다.이 등가회로에서 dc 링크는 V c
개의 벅 인덕
d 로,3
터 L ∼ L은 컨버터의 동작 큰 인덕턴스 값을 가지므로 동일한 전류크
1
3
기를 갖는 3
개의 I1 ∼ I3
L
L 으로 대체할 수 있다.벅 인덕터의 인덕턴스
및 등가전류원의 관계식을 각각 다음 수식으로 정리할 수 있다.
      
      
(. )
36
1
(. )
37
1
컨버터는 그림 3 3 같이 △- 방식으로 결선된 3 고주파 변압기
.와
1
△
상
를 포함하고 있다.이 그림에서 전류 iL 변압기 저전압측 A 상의 권
a 은
p
선전류(
상전류)
를,전류 i 은 3 하이브리지 정류기 입력 A 상의 선전
상
a
L
류를 나타낸다.
변압기 저전압측 A 상에 표시된 변압기의 등가 누설인덕
턴스 Lk 에 흐르는 전류는 ia 나타내었다.변압기 저전압측의 나머지
la
l로
k
두 상에 관련된 상전류 및 선전류들도 같은 방식으로 iL = ib ,iL =
b ( l) c (
p
k
p
ic ,i ,그리고 i 로 각각 나타내었다.그림 3 4
. 에서 변압기 저전압측
1
l) b
k
L
c
L
A 상 권선의 양단전압으로 표시된 vb 은 변압기 고전압 측 A 상 권선
aL
의 양단에 인가된 선간전압 vb 가 저전압 측 변압기 턴 비에 의해 변압
aH
되어 나타난 전압이며 그 관계는 수식 3 8 같다.
.과
1

  

- 41 -
(. )
38
1

55. 다른 상간전압도 수식 3 8 같은 방법으로 나타낼 수 있다.
.과
1
그림 3 3벅 모드 시 3 양방향 d- c컨버터 등가회로
.
1
상
cd
그림 3 4 본 컨버터 벅 모드 시 회로를 간략하게 나타낸 것이다.
.는
1
그림 3 43 인터리브드 벅 컨버터 등가회로
. 상
1
- 42 -

56. 321벅 모드 P
..
WM 동작 방법
그림 3 5 P
. 는 WM 파형의 듀티비가 13< D < 23 경우의 컨버터
1
/
/인
각 부 파형을 보여준다.변압기 저전압측 각 상의 출력 선전류 i ∼
a
L
i,
c 선전류 iL ∼ iL = i ∼ i ) 주스위치 T , 3 및 T 각각의 게
L
a
p
c ( la
p
k
lc 과
k
1 T
5
이트 구동신호인 vT1 vT3 및 vT5 등에 파형을 나타낸 것이다.컨버터
G , G
G
I B 주스위치 T,T 및 T 의 게이트 신호는 T , 3 및 T 의 각 게이
G T
4
6
2
1 T
5
트 신호와 대한 반전 신호이므로 생략한다.
전압 vb ∼ va 는 고전압
aH
cH
측 각 상의 선간전압을,전압 vL ∼ vL 3 하이브리지정류기 입력
상
a
c은
각 상의 전위를 나타낸다.그림 3 5
. 에서 한 주기( S
1
T )동안 컨버터 내의
전압 또는 전류파형은 각각 9
개의 동작 구간으로 나눌 수 있다.
그림 3 5벅 모드 시 컨버터의 주요 전압 및 전류 파형
.
1
- 43 -

57. 3221 W급 3 인터리브드 벅 모드 시뮬레이션
.. k
상
벅 모드시 기본사양은 표 3 의 파라미터에 정리하였다.
.
3
부스트 컨버터
회로를 사용하기 때문에 사양은 변화가 없다.
앞에서 벅 모드 시 컨버터
동작방법과 표 3 의 파라미터를 적용하여 P i
.
3
s
m을 이용한 시뮬레이션을
수행하였다.그림 3 6 벅 모드시 시뮬레이션 결과 파형을 나타내다.
.은
1
그림 3 6
. 에서 고전압 측 A
1
상에 해당하는 A, 상간 전압 ( a H) 고전압
B
Vb ,
측 A 상 전류 (H) 고전압 측 컨버터의 상위 주 스위치에 흐르는 T의
i ,
a
1
컬렉터(o etr
clco)
l
전류 ( 1
i )파형을 나타낸다.스위치에 흐르는 전류를 통
T
해 Z S 동작을 하는 것을 알 수 있다. 상과 C 역시 A상과 10
V
B
상
2°위
상차만 있을 뿐 동작과 파형은 A상과 같다.
표 3
.
3벅 모드 시 컨버터 파라미터
Crute me t
i i l n
c
e
V le
a
u
L a a eId ca c l i μH)
ek g n u tn eLk n(
8
S thn ei
wi igP r dT i μs
c
o S n( )
4
0
D t ai
uyR t
oD
04
.
5
T a some un ai
rn fr rT rsR t
on(NH/ L
=
N)
5
D -ikV l g d i V
cl
n o a eV c n( )
t
30
7
B t r o a eV i V
at yV l g B n( )
e
t
4
2
L a ei a c L i Ω)
odR s tn eR n(
s
16
.4
7
O tu o rP i W)
up tP we
n(
10
,0
0
- 44 -

58. 그림 3 6벅 모드 시뮬레이션 결과파형.
.
1
고압측 A, 상간전압 ( a H)
B
Vb ,
저압측 A 상 전류(H) 상단 주 스위치 전류 ( 1 .
i ,
i)
a
T
3231 W급 3 인터리브드 양방향 컨버터 시작품 구현
.. k
상
1 벅 모드 P
.
WM 스위칭 신호 생성 과정
그림 3 7 3 인터리브드 벅 컨버터에 적용되는 스위칭 신호 생성
.는 상
1
과정을 나타낸 블록다이어 그램이다. 컨버터는 주 스위치 6
벅
개의 스위
칭 신호가 필요로 한다.
부스트 컨버터 스위칭 신호 생성 과정과 동일하
게 D P F G 를 사용하여 만들어 주게 되며,
S와 P A
스위칭 신호 생성 과정
과 또한 동일하다. S 에서 발생한 P
D P
WM 신호를 F G
P A에 의해 3
상에 적합하도록 서로 10
2도씩 상 이동하여 하였으며 I B 스위
G T
칭 동작시 Z S (eov l g wi hn )동작에 따른 손실 감소 효과를
V zr ot es t ig
a
c
얻기 위해
da i 을
edt
me
각각의 6
개의 스위칭 신호에 적용하여 스위칭
신호를 구현하였다.시작품 3 인터리브드 부스트 컨버터의 P B 구성
상
C
은 그림 3 7 스위칭 신호의 생성 과정을 고려하여 제작하였다.
.의
1
- 45 -

59. 그림 3 73 인터리브드 벅 모드 시 스위칭 신호 생성 과정
. 상
1
2 3 인터리브드 양방향 컨버터 시작품 제작
.상
그림 3 8 부스트 컨버터 P B 보드와 벅 컨버터 P B 보드를 이용하
.은
1
C
C
여 직접 제작한 1k 급 3 인터리브드 양방향 컨버터이다.시작품컨
W
상
버터는 P
WM 신호발생용 D P ( MS 2F 88와 F G ( P 18
S T 30 20)
P A E M72)보
드,게이트구동회로 및 전력회로로 구성되어 있다.컨버터의 전력회로는
△- 결선된 3 고주파변압기를 중심으로 저전압측과 고전압측으로
△
상
구분된다.저전압측 구성은 다음과 같다.부스트모드에서 입력 부스트인
덕터 3 MO F T ( F 42)주스위치 3 및 능동클램프스위치 3
개, S E I B 27
R
개
개
그리고 공통 클램프커패시터가 3 부스트 컨버터를 구성하고,
상
벅모드에
서는 다이오드정류기( S E 내장 역병렬다이오드 및 외부 쇼트키다
MO F T
이오드)3
개와 출력 벅인덕터 3
개가 하이브리지정류회로를 구성한다.
고
전압측 구성은 다음과 같다.
벅모드에서 I B ( G 3N 0 2 1
G T I H 0 6C D )주스
X
위치 6
개가 3 풀브리지 컨버터로 동작하고,
상
부스트 모드에서는 다이오
드정류기( B 내장 역병렬다이오드)6
I T
G
개가 3 풀브리지 정류기로 동
상
작한다.
벅모드 동작은 d-ik단의 전압을 입력으로 하며,
cl
n
낮은 전압으
로 변환한다.
- 46 -

60. 그림 3 81k
.
1
W급 3 인터리브드 양방향 컨버터
상
3243 인터리브드 양방향 컨버터 벅모드 실험
.. 상
그림 3 9 과 3 0 부하용량 50
.
1
.은
2
0W에서 측정한 파형이다.A, 상전
B
압, 상 전류,
A
상단 스위치 파형을 통해 50
0W에서 연속동작모드로 안정
적으로 동작하는 것을 확인할 수 있다.
그림 3 1과 그림 3 2 1k
.
2
.는
2
W
부하에서 벅 모드 동작시 측정된 상 ·하단 스위치의 Z S tr- n파형
V un o
을 나타낸다.
그림 3 1 상단 스위치 T 에 게이트 신호가 인가되기 전
.는
2
1
역병렬 다이오드가 도통되어 스위치 양단전압이 영인 상태에서 정상적인
Z S 동작이 이류어지고 있음을 보여준다.하단 스위치 T 역시 정상적
V
4
인 Z S 동작을 그림 3 2 통하여 확인할 수 있다.
V
.를
2
그림 3 3 표 3 과 같은 조건에서 주 스위치 T의 게이트 전압과
.은
2
.
3
1
변압기 저전압 측 A
상의 상전류 및 선전류 파형을 보여준다.
컨버터 동
작 시 흐르는 전류는 연속 도통모드로 흐르고 있음을 알 수있다.그림
3 4 각 상의 벅 인덕터에 흐르는 전류파형이다.상간 10
.는
2
2°차이를 갖
고 정상적인 동작함을 나타낸다.
- 47 -

61. 그림 3 9AB 상간 전압, 상 전류,
.
1 ,
A
상단 스위치 T 전류
1
vb ( h ) i ( h ) i ( h ), : 0W
P 50
a H C 1, a C 2, T C 4
H
1
그림 3 0변압기 고전압 측 A 상 전류 iH( h ) 상단 스위치 T 전류
.
2
a
p C 1,
1
i ( h ) P : 0W
50
T C 2,
1
- 48 -

62. 그림 3 1벅모드 시 상단 스위치 T의 Z S tr- n파형,
.
2
V un o
1
v1 C 1, 1 C 2, : W
(
1k
G ( h ) i h) P
그림 3 2벅모드 시 하단 스위치 T의 Z S tr- n파형,
.
2
V un o
4
v4 C 1, 4 C 2, : W
(
1k
G ( h ) i h) P
- 49 -

63. 그림 3 3벅 모드시 스위치 T의 게이트 전압 v1 ( h ) A 고전압
.
2
C 1, 상
1
G
측 상전류 iH ( h )및 저전압 측 선전류 iL ( h )파형.
C2
C4
a
p
a
p
그림 3 4벅 모드시 각 상의 벅인덕터 전류 파형
.
2
- 50 -

64. 그림 3 5벅 모드시 각 부하별 효율
.
2
그림 3 5 벅 모드로 동작 시 부하용량 10W에서 1k
.는
2
0
W로 변화함
에 따른 컨버터 전체효율을 나타낸 그래프이다.
전체적으로 9% 이상의
5
높은 효율로 동작하고 있음을 확인할 수 있다.
컨버터가 전반적으로 높은 효율로 동작하고 있는 것은 컨버터 각 부분
을 흐르는 전류가 연속도통모드이고 입력 또는 출력 인덕터로 동작하는
3
개의 벅인덕터에 의한 인터리브드 동작에 의한 리플감소와 더불어 모든
주스위치 Z S 동작에 의한 컨버터 전체적인 스위칭손실 저감 등의 결
V
과이다.
3253 인터리브드 양방향 컨버터 벅모드 전압 전달비
.. 상
각 동작모드의 구간별로 변화하며 하나의 벅 인덕터 양단에 인가되는
전압을 주기 적분한 값이 0 되도록 놓고 수식을 풀어 배터리전압 V
이
B
를 dc 링크 전압 V c 나눈 형태로 정리하면 컨버터의 벅모드 동작에서
d로
입출력 간 전압 전달비를 유도할 수 있으며 다음 수식과 같이 듀티비
0∼ 13 13∼ 23 2 구간에 대한 각각 다른 식으로 정리할 수 있
/, /
/, 개
다.
- 51 -

65.  

  
  

   
  
(. )
38
3
(. )
39
3
    
       




  
(. )
30
4
벅 모드에서 듀티비가 D > 0 7 구간에서는 듀티비가 증가함에 따
.인
6
라 전압전달비가 줄어드는 특성을 가지므로 이 구간을 사용하지 않는다.
그림 3 6 벅 모드시 듀티비 변화에 따른 전압전달비의 변화 그래프
.은
2
를 보여 준다.
그림 3 6듀티비 변화에 따른 전압 전달비 그래프
.
2
- 52 -

66. 제 4장 3 W급 3 인터리브드 양방향
k
상
DC DC 컨버터 설계
-
413 W급 컨버터 설계 개요
. k
최근 배터리에 대한 연구가 활발히 이루어지면서 이를 이용한 시스템
및 적용 분야가 넓어지면서 높은 대용량의 전력변환 장치가 필요하게 되
었다.이에 따라 기존 1 W급 3 인터리브드 양방향 컨버터는 용량의
k
상
한계점이 나타나 보다 높은 용량의 3 인터리브드 양방향 D - C 컨버
상
CD
터를 설계 및 제작 하게 되었다.컨버터 기본구조로써 대용량에 적합한
3
상이므로 대용량 전력변환에 적합한 토플로지이다.
따라서 기존 1 W급
k
3 인터리브드 양방향 컨버터의 장점인 구성 및 동작은 동일하며,
상
용량
증대에 따른 메인 P B 인덕터 및 변압기를 설계 하였다.
C,
42P B 설계
. C
컨버터의 용량 증대에 따라 P B 새로 설계 및 제작 하였다.
C를
양방향
컨버터는 각 부별로 총 3
개의 P B 나누었으며,메인 P B 와 B ot
C로
C
os
파워부, u k파워부로 나누어진다.
Bc
메인 P B 기존에 분리되었던 벅/
C는
부스트 모드 P B 하나로 통합하였다.스위칭 신호 생성을 위한 프로
C를
세서 D P 88 와 F G 그리고 게이트 드라이버로 구성되며,각각의
S 20
PA
게이트 드라이버는 절연을 위해 분리하여 설계하엿다.용량증대에 따라
B ot파워부 및 B c 파워부를 분리하였으며,스위치 MO F T 및
os
uk
SE
I B 에 대한 스위치 보호를 위해 게이트 회로를 보강하여 적용하였다.
G T
또한 용량 증대에 따른 손실 및 스위치 용량을 고려하여 스위치 개수를
추가로 구성할 수 있도록 설계하였다.그림 4 ,
. 그림 4 ,
1
. 그림 4 은 각
2
.
3
각 직접 설계한 메인 P B B ot파워부, u k파워부를 나타낸다.
C , os
Bc
- 53 -

67. 그림 4
.
13k
W급 인터리브드 양방향 컨버터 -제어부
그림 4
.
23k
W급 인터리브드 양방향 컨버터 -B ot파워부
os
- 54 -

68. 그림 4
.
33k
W급 인터리브드 양방향 컨버터 -B c
u k파워부
43입력 인덕터 설계
.
3 인터리브드 양방향 컨버터 구조는 저압측 입력단에 각 상의 인덕
상
터로 구성된다.3 W로 컨버터의 용량 증가에 따라 입력전류 증가에 따
k
른 입력 인덕터는 인덕터에 흐르는 전류 양과 컨버터 효율에 영향을 끼
치는 입력전류 리플을 고려해서 입력 인덕터를 설계해야 한다.
3 인터리브드 방식에 의한 전류 및 컨버터 동작파형을 그림 4 에
상
.
4
나타내었다.그림 4 는 본 컨버터의 인터리브드 방식에 의한 입력전류
.
4
(d
I)및 각 상의 인덕터 전류(L )파형을 나타낸다. 상당 10
In
각
2°위상차
를 가지고 스위칭을 하며 이에 따라 각 상의 인덕터에 흐르는 전류 역시
10
2°위상차를 가질 뿐 동작 방법에 따른 파형과 값은 같다. 상의 인
각
덕터에 흐르는 전류(L ) 수식 4 과 같이 컨버터의 입력전류(d 를 총
In 는
.
1
I
)
상수( 로 나눈 전류 값이다. 컨버터는 3
N)
본
상이므로 N은 3 된다.
이

Ln  

(.
4)
1
각 상의 인덕터에 흐르는 전류의 동작 방법에 따른 파형 및 값은 서로
같으므로 기울기 또한 같다.따라서 다음 수식에 의해 인덕터 L 의 기
n
울기를 나타낼 수 있다.
- 55 -

69.  

 


 
  

  


 ′
(.
4)
2
(.
4)
3
수식 4 는 각 상의 인덕터 전류의 상승 기울기를,수식 4 은 각 상의
.
2
.
3
인덕터 전류의 하강 기울기를 나타낸다.즉,그림 4 의 인덕터 L를 한
.
4
2
예로 설명하면 상승 기울기는 주 스위치 V S 의 턴 온 동작에 의해 I2
G2
L
가 양의 기울기를 갖는 t ∼ t 구간을 의미한다.
반대로,
하강 기울기는
1
4
주 스위치 V S 의 턴 오프 동작에 의해 I2 음의 기울기를 갖는 t ∼
G2
L는
4
t 구간을 의미한다.
7
그림 4 상 인터리브드 방식의 이상적 전류파형
.
43
- 56 -

70. 한 주기 동안 입력 인덕터( n 의 최대값( nma)과 최소값( nmi)은 수
L)
i ( x)
i ( n)
L
L
식 4 과 수식 4 를 통해 알 수 있다.
.
4
.
5
∆ Ln

  
 Ln m in   Ln      
 
 

(.
4)
4
∆Ln

  
Ln m ax   Ln      
 
 

(.
4)
5
입력 인덕터( 1 의 최대값( 1ma)과 최소값( 1mi)
L)
i ( x)
i ( n)차이는 수식 4 와
.
6
L
L
같다.
  
∆ Ln   Ln  m ax    Ln  m in   

(.
4)
6
입력 인덕터 전류 (L ) 평균값은 수식 4 과 같다.
In 의
.
6
 

Ln    
 
  
(.
4)
7
여기서 η는 컨버터 효율을 나타낸다.
위 수식에 의해 정의된 각 상의 인덕터 전류는 서로 상쇄되어 그림
4 에서와 같은 컨버터의 입력전류(d 로 나타난다.컨버터의 입력전류
.
4
I
)
(d
I)값은 각 상의 인덕터에 흐르는 전류(L ) 합이며,
In 의
수식 4 과 같이
.
8
표현된다.

 


Ln
(.
4)
8
입력전류의 리플크기는 1N 배로 감소한다.또한 그 주기는 수식 4
/
.
9
로 나타낼 수 있으며,
입력전류의 리플 주파수는 인덕터 전류의 N배 크
기로 증가한다.

 

- 57 -
(.
4)
9

71. 그림 4 에서 컨버터 입력전류(d 의 한 주기인
.
4
I)
τ
구간을 해석하면 다
음과 같다. τ 구간 동안의 컨버터 입력전류(d 의 기울기는 수식 4 0
d
I
)
.과
1
같이 나타낼 수 있다.
 Ln 
 Ln 

         ∙ 




(. )
40
1
수식 4 0
. 에서 NON, OFF는 입력전류(d 의 주기 d 구간 동안에 각각
1
N
I
)
τ
O ,O F 상태인 주 스위치 개수를 의미한다[7.d 구간 동안 3
N F
1] τ
개의
주 스위치가 동시에 턴 온·
오프 될 수 없으므로 주 스위치 총 개수(
N)
는 수식 4 0 정의된다.
.로
1
          
(. )
40
1
수식 4 0 수식 4 와 수식 4 을 대입하여 정리하면 다음과 같다.
.에
1
.
2
.
3

      

  ∙ 
′



      
(. )
41
1
(. )
42
1
다시,
수식 4 1 수식 4 2 대입하여 정리하면 수식 4 3 같고
.에
1
.를
1
.과
1
τ
구간에서 컨버터 입력전류(d 의 리플크기는 수식 4 4 나타낼 수 있
I
)
.로
1
다.


′
 ∙ 

′



(. )
43
1
  ′ 
∆   
 ′
(. )
44
1

여기서, =
N 상의수,   , ′     이다.



- 58 -

72. 수식 4 4 부터 듀티비( uyrt ) 의해 구분된 각각의 컨버터 동
.로
1
D t ai 에
o
작 구간을 수식으로 정리하면 다음과 같다.
     
∆                           


′
(. )
45
1
     
∆                           (. )
46
1


′
     
∆                          


′
(. )
47
1
본 컨버터는 0 4< D < 0 6구간에서 동작하므로 수식 4 6 의해
.
3
.
6
.에
1
20 H의 입력 인덕터를 설계하였다.
2u
44누설 인덕터 설계
.
그림 4 는 스위칭 한 주기 동안의 저압측 A상 이상적 파형을 나타낸
.
5
다.누설 인덕터( ek g Id ca c) 주 스위치와 클램프 스위치의
L a a e n u tn e는
Z S 턴온 동작을 고려해서 설계해야 한다.주 스위치 전류 ( 1와 클램
V
i)
S
프 스위치 전류( c) 파형을 보면 스위치 턴 온시 영 전류 이하의 값
i1 의
S
이 되면서 스위치가 Z S Z r otg wi hn )동작을 한다.
V (eoV l eS t ig
a
c
이때의
Z S 동작은 누설 인덕터에 관계가 있으며, 원리는 다음과 같다.
V
그
스위칭 동작 시 스위치 양단전압에 의해 스위치의 출력 캐패시터에 충
전된 전압에 의해 에너지가 발생하게 된다.이 에너지는 누설 인덕터
( l) 스위치의 Z S 전류가 흘러 발생된 에너지에 의해 방전하게 된
Lk 에
V
다.
따라서 누설 인덕터에서 발생된 에너지는 스위치 출력 캐패시터에서
발생된 에너지 보다 큰 값을 가져야 한다.
먼저 위 이상적 파형에서 나타난 클램프 스위치 S 1 동작이 이루어
C의
지려면 클램프 스위치의 Z S 전류와 다음 수식에 만족해야 한다.
V
- 59 -

73.  



   ∙       ∙     


(. )
48
1
                
(. )
49
1
위 수식에서 C S
S는
주 스위치 S과 클램프 스위치 S1 출력 캐패시
1
c의
턴스( up tC pc a c) 합한 값이다.
O tu a ai n e를
t
주 스위치 Z S 역시 클램프 스위치와 같은 원리로 고려되어야 하며,
V
수식은 다음과 같다.
 




   ∙     ∙    ∙      



(. )
40
2
그림 4
.
5스위칭 한주기 동안의 저압측 A 이상적 전류 파형
상
- 60 -

74. 그림 4
.
6출력 전력에 따른 누설 인덕턴스 그래프
그림 4 은 위 수식을 통해 얻은 값을 그래프로 나타낸 것이다.
.
6
따라서
누설 인덕터는 8 H로 설계 및 제작 하였다.
u
453 W 변압기 설계
. k
3 W 정격의 컨버터는 3
k
개의 단상 변압기가 필요하다.따라서 변압기
한상당 1 W 정도의 용량을 가져야 한다.
k
이를 위해 컨버터 입력전압 인
배터리 출력 젼압 변화를 고려하여 변압기 설계를 하였다.
본 컨버터는 3 W 정격이며,
k
입력은 1V 정격의 배터리 4
2
개를 직력연
결 하였으며,출력전압 40 로 승압한다.그러나 배터리 출력전압이
0V
4. ~ 5. 로 변화하는 특성으로 인해 정확한 출력을 얻기 못하는
0V
8
5V
2
문제점이 있다.따라서 배터리의 출력전압 변화를 고려하여 부하용량
3 W에서 안정정인 승압이 이루어지는 변압기를 설계하여야 한다.
k
단상 변압기 설계를 위해 한상의 변압기에 인가되는 전압,전류의 동
작특성을 확인해야 하며,
그림 3 0 한 상에 대한 동작 파형을 참조하
.의
3
여 설계하였다. 스위치 S의 게이트 신호 V S 한 주기( S 를 기준으
주
T)
1
G1
로 A상 변압기 1
차측에 인가되는 상전압 vb ,
상전류 i ,
선전류 i 나
a
a
p
a
타낸 것이다.
- 61 -

75. 451컨버터 동작 조건
..
배터리 한 개의 출력전압 변화 특성(0 V ∼ 1. ) 따라 입력전압
1.
2
3 V에
8
은 최소 전압인 4. ,
0 V 정격전압인 4V 최고 전압인 5. 로 구분하였
8
8,
5V
2
다.
다음 표는 출력 전력 3 W 시 컨버터 동작 조건을 나타낸다.
k
표 4
.
1출력 전력 3k 시 컨버터 동작 조건
W
Vi
n
Vo t
u
40.8
48
55.2
400
n
Lk
l
R
L
TS
( 2 N1
N/ )
( H)
u
(
Ω)
(s
u)
3.8
8
53.33
40
P
o
η
(
W) (
효율)
3,000
0.95
컨버터는 2k Z 동작하며,각각의 낮은 입력전압을 출력전압 40
5H 로
0V
로 승압한다.이때 턴비 n 2 N ) 3 이다.Lk L a a eId ca c)
(N / 1 은 .
8
n u tn e
l( ek g
는 8 H 이며,
u
출력전력 3 W 일 때 부하는 5. Ω 이다.
k
33
3
452단상 변압기에 인가된 전압,
..
전류 파형
단상 변압기 설계를 위해 변압기 한상에 인가되는 전압,전류의 동작
특성을 확인해야 한다.
그림 4 은 주 스위치 S의 게이트 신호 V S 한
.
7
1
G1
주기 T 를 기준으로 A 변압기 1
상
차측에 인가되는 상전압 vb ,상전류
S
a
i ,선전류 i 나타낸 것이다.단상 변압기에 인가된 전압은 V b 이며,
a
a
p
a
이때의 쇄교 자속 및 시간을 분석하여 컨버터의 동작 주파수인 2㎑에
5
맞게 설계하였다.
각각의 B C
, 상은 10
2°위상차만 있을 뿐 동작은 같다.
따라서 단상에 대한 컨버터 동작 특성을 분석하여 설계하였으며 3
대의
단상 변압기를 제작하였다.
- 62 -

76. 그림 4
. 상 변압기 1
7A
차측 상전압 vb ,
상전류 i ,
a
a
p 선전류 i 파형
a
1 ma im d t ai
. xu uyrt
o
본 컨버터는 D t( 에 따라 세 구간으로 동작한다.D< . 구간,
uyD)
03
3
0 3 D < 0 7구간과 0 7 D 구간이다.이 구간 중에서 0 3 D <
.<
3
.
6
.<
6
.<
3
0 7 구간에서 이상적인 부스트컨버터의 전압전달비( T :V l g
.의
6
V R
ot e
a
T a se ai
rn frR t )특성과 거의 유사하게 동작한다. 0 3 D < 0 7구간
o
.<
3
.
6
에서의 전압 전달비 수식은 다음과 같다.





          ∙         ∙ 





- 63 -
(. )
41
2

77.   
여기서,   이다.

 


0 3 D < 0 7구간에서의 V R 수식을 정리하면 각각의 입력전압에
.<
3
.
6
T
대한 출력 부하 3 W에 해당하는 듀티비( uyrt ) 유도 할 수 있다.
k
D t ai 를
o
D t에 대한 수식은 다음과 같다.
uy




    ∙       ∙ 




(. )
42
2
표 4 는 수식 4 2 의해 계산된 D t 값과 pi 시뮬레이션 통한
.
2
.에
2
uy
s
m
D t 값을 나타낸다.수식을 통한 계산된 D t 값은 시뮬레이션 D t
uy
uy
uy
값과 거의 유사하다는 것을 알 수 있다.
표 4
.
2입력 전압에 따른 계산 및 시뮬레이션에서의 듀티 값
Vin
C
계산값 (D)
시뮬레이션 값(D)
0.644
0.654
0.581
0.586
0.519
0.524
40.8
48
0.057
55.2
2 λ1 (쇄교자속 )
.
변압기 1
차측 양단에 걸린 전압은 클램프 전압 (V ) 같고,수식
c 과
4 3 같이 정의된다.
.과
2

      

(. )
43
2
변압기 1
차측에 인가된 전압 vb 시간(- T 에 의해 λ를 나타낼
1 D) S
a과
수 있으며 다음과 같다.
- 64 -

78.  
    ∙    


(. )
44
2

본 컨버터의 동작파형을 확인하면 (- T 구간 중 변압기 1
1 D) S
차측에
전압이 걸리지 않는 시간(D1 S ) 존재한다는 것을 알 수 있다.따라
T 이
서 이 시간(D1 S ) 제외한 시간,즉 변압기 1
T 을
차측에 전압이 인가된
실질적인 시간(- D1 T 을 적용해야 한다.
1 D- ) S
D1 S 에 대한 수식은 다음과 같다.
T

         ∙ 

(. )
45
2
수식4 5 수식 4 4 대입해 정리하면 다음과 같다.
.를
2
.에
2
 
    ∙      




(. )
46
2
다음 표는 출력전력 3 W 일 때 수식 4 에 대한 각각의 값을 나타낸
k
.
6
다.
입력전압 차이에 따른 D t 변화만 있을 뿐 변압기 1
uy
차측에 인가된
쇄교자속(1 은 일정하다는 것을 알 수 있다.시뮬레이션으로도 역시 같
λ)
은 값을 얻었다.
표 4 k 부하 용량 시 입력 전압에 따른 쇄교자속 값
. W
33
Vin
40.8
48
55.2
Vc
114.647
114.647
114.647
D1
0.0225
0.0853
0.1481
(1-D-D1)TS [usec]
13.33
13.33
13.33
- 65 -
λ1 (u V-sec)
1528.63
1528.63
1528.63

79. 453변압기 C r
..
oe선정
변압기 C r는 IU C R MIS 사에서 제작한 P
oe
S
EA C
M5 재질의 E
E
779C 선정하였으며,
001 를
사양은 다음과 같다.
표 4 oeE 79C 기본사양
. r E 01
4C
Effective length (Le)
203.7 mm
Effective volume (Ve)
157.3 cm3
Effective area (Ae)
772.3 mm2
Permeance factor (c)
4.76 nH
표 4 oeE 79C 세부사양
. r E 01
5C
Daa
t
Vau s
le
Id ca c a tr
n u tn efco
( )
AL
82 H ± 2%
6 0n
5
Feuny
rq e c
Pa f x
ek l
u
dni
e st
y
P we o s( L
o rls P )
< 2.
36W
2
5㎑
20 a s
0 0G u s
454 턴수 결정
..
변압기 1
차측 턴수( 1 는 다음 수식에 의해 유도된다.
N)

    ∙ 
∆  
(. )
47
2
∆B 자속의 변화량 ( oB x , c 코어 단면적을 나타낸다.
는
0t ma) A 는
2
설계한 코어의 ∆B 자속 변화량은 0 T , C는 7 2c 이다.
.
2
A
. 3m
7
수식 4 7
.
2
에 의해 N1 4 5턴이 되므로 5
은 .
9
턴을 주었다.
따라서 N2 턴 비에 의
는
해 1
9턴으로 정했다.
- 66 -

80. 455Wi ee t n
..
r
es lci
o
설계한 변압기 1
차측 권선은 0 Φ 20
.
3 0가닥,2
차측 권선은 0 Φ 14
.
2 4가
닥으로 제작 되었으며 수식을 통해 유효성을 확인하였다.
1 차측 권선은 수식 4 8 수식 4 9 의한 값보다 작거나 같은 구리
,
2
.과
2
.에
2
단면적을 갖는 선을 선택한다.
   
  ≤ 

(. )
48
2
   
  ≤ 

(. )
49
2
위 수식 에서 α는 권선에 할당된 코어 창 부분, w는 선 단면적, u
A
K는
코어 창 이용률,Wa 코어 창 면적을 나타낸다.본 변압기의 Ku 값
는
의
은 0
.
4이다.
1 2 권선의 코어 창 할당 부분 α를 구하면 다음과 같다.
차, 차


      
  
 
(. )
40
3

    
  
(. )
41
3
수식 4 8 만족하기 위해 1 권선의 단면적 A 1 을 구하면 다음과
.에
2
차
wa
같다.
  
 ×  × 
  ≤           (. )
42
3


실제 제작된 변압기 1
차측 권선의 단면적 A 1를 구하면 다음과 같다.
wa
- 67 -

81. 
    ∙  ∙   

(. )
43
3
실제 1
차측 권선의 단면적 값 A 1 수식에 의해 구한 값 A 1 값보다
w는
wa
작으므로 수식 4 8 만족한다.
.에
2
1 권선의 전류밀도는 다음과 같다.
차
 s

차 권선 전류 밀도       
  
(. )
44
3
같은 방법으로 2 권선에 적용하면 다음과 같다.
차
   
 ×  × 
  ≤   ∙        (. )
45
3



    ∙  ∙   

(. )
46
3
2
차측 권선 역시 수식 4 9 성립한다.
.에
2
1 권선의 전류밀도는 다음과 같다.
차
s

차 권선 전류 밀도       

 
(. )
47
3
설계한 변압기 권선은 수식을 통해 충분한 전류 용량으로 설계되었음
확인할 수 있다.
46설계한 양방향 컨버터 P I 시뮬레이션
.
SM
앞 절에서 수식을 통해 얻은 변압기 값을 pi
s
m에 적용하여 시뮬레이
션을 수행하였다.그림 4 은 컨버터의 가장 작은 입력전압 4. 일 때
.
8
0V
8
의 부스트 모드 시뮬레이션 결과이다.일정한 출력 전압 기준에서 컨버
- 68 -

82. 터의 입력 전압이 작을 때 보다 높은 듀티비( uyrt ) 나타낸다.
D t ai 를
o
입
력전압 4. 에서 정상적인 동작을 하는 것을 알 수 있다.또한 부하용
0V
8
량 3 W 일 때 듀티 값이 0 5
k
. 4이므로 동작 구간 (/
6
13∼ 23내에서 적
/)
절한 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다.부하용량 3k
W에서 듀티 값
05
. 4보다 작은 듀티 값을 가지는 입력전압 4 , 5
6
8V 5.
2V 에서의 동작
도 시뮬레이션을 통해 확인하였다.
그림 4
.
8설계한 파라미터를 적용한 부스트 모드 시뮬레이션 결과 파형
(Vn : 0 , o t : 0V D t 0 5 o : W )
4. V u 40 , uy: . 4P 3k
8
6
i
그림 4 는 컨버터의 가장 높은 입력전압 5. 일 때의 부스트 모드 시
.
9
5V
2
뮬레이션 결과이다.일정한 입력 전압 기준에서 컨버터의 출력 전압이
때 보다 높은 듀티비( uy rt ) 나타낸다.출력전압 5. 에서 정상
D t ai 를
o
5V
2
적인 동작을 하는 것을 알 수 있다.
또한 부하용량 3 W 일 때 듀티 값
k
이 0 3이므로 동작 구간 (/
.
6
13∼ 23을 만족한다.
/)
부하용량 3k
W에서
듀티 값 0 3보다 작은 듀티 값을 가지는 입력전압 4. , 8V 에서
.
6
0
8V 4
의 동작도 시뮬레이션을 통해 확인하였다.
- 69 -

83. 그림 4
.
9설계한 파라미터를 적용한 벅 모드 시뮬레이션 결과 파형
(Vn : 0, o t : 5 V D t 0 3 P : W )
40 V u 5. , uy: . , o 3k
2
6
i
표 4 과 표 4 은 설계한 단상 변압기 1 차측의 전류,
.
6
.
7
,
2
전압 그리고 전
력 및 컨버터 전체 입·
출력 전력에 대한 pi
s
m시뮬레이션 결과를 정리한
것이다.
표 4
.
6단상 변압기 1 차측의 전류,
,
2
전압 및 전력 값
Vin
40.8
48
55.2
iA1(rms)
12.24
12.38
12.67
VA1(rms)
90.11
90.818
92.714
PA1 (W)
1,103
1,124
1,174
iA2(rms)
3.22
3.26
3.34
VA2(rms)
315.01
321.28
327.59
PA2 (W)
1,015
1,047
1,093
표 4 상 컨버터 입력 및 출력 전력 값
.
73
Vin
40.8
48
55.2
iin(avg)
75.82
63.23
55.61
Pin(avg) (W)
3,093
3,035
3,070
- 70 -
iout(avg)
7.505
7.5
7.509
Pout(avg) (W)
3,001
3,000
3,003

84. 47설계한 양방향 컨버터 실험
.
그림 4 0 직접 설계하여 구현한 양방향 컨버터이다.기존 1 W 급
.은
1
k
컨버터와 같은 구성은 같다.차이점은 하나의 제어부 보드의 D P 의
S에
해 각각의 부스트,벅 모드가 동작하며,B ot파워부와 B c 파워부가
os
uk
별도로 구성되어
있다. 각
부의
보드 구성을
살펴보면, 제어부는
D PT 30 20) P A( P 72) 스위칭 신호 생성부,게이트
S ( MS 2F 88,F G E M 18의
드라이버로 구성되어 있으며, os
B ot파워부는 부스트 모드 시 클램프 스
위치 3
개와 주 스위치 3
개로 동작하는 MO F T ( F 42)
S E I B 27,벅 모드
R
시 하이브리지 정류기로 동작하는 다이오드 3
개로 구성된다. u k 파워
Bc
부는 벅 모드 시 주 스위치로 동작하고 부스트 모드 시 역병렬 다이오드
에 의 해풀 브리지 정류기로 동작하는 I B ( G 3N 0 2 1 개가
G T I H 0 6C D )6
X
구성된다.
그림 4 0시작품 3 W 급 3 인터리브드 양방향 D - C 컨버터
.
1
k
상
CD
- 71 -

85. 설계한 양방향 컨버터의 구성 및 실험 조건을 정리파면 표 4 과 같다.
.
8
동작은 기존 양방향 컨버터와 같은 스위칭 주파수 2
5㎑.
에서 동작한다.
부스트 모드 동작은 배터리 전압 4. 를 1 k 30 의 d-ik단 전
0V
8
. W, 8V
7
cl
n
압으로 변환하며,이 때의 듀티비는 부스트 모드 시뮬레이션 값과 유사
한 02
. 이다.벅 모드 동작은 30 의 d-ik 단 입력전압을 2 W,4V
6
8V
cl
n
k
8
의 배터리 충전전압으로 변환한다. 때의 듀티비 역시 벅 모드 시뮬레
이
이션 값과 유사한 0 8이다.
.
5
실제 실험은 컨버터 구성 및 조건을 나타낸 표 4 을 적용해서 실시하
.
8
였다.
그림 4 0 그림 4 1 부스트,그림 4 2 4 3 벅 모드 실험 파
.와
1
.은
1
.과 .은
1
1
형을 나타낸다.
기존 컨버터의 동작과 같이 양방향 동작 모두 상간 10
2°
위상차를 나타내며,한 상에 대한 전압,전류 모두 연속도통모드에서 정
상적인 동작을 하는 것을 확인할 수 있다.기존 양방향 컨버터 보다 더
높은 부하에서 동작하지만 듀티 값은 동작범위 내에서 상대적으로 낮은
값임을 알 수 있다.따라서 각각의 모드는 보다 더 높은 부하용량에서
동작이 가능하다.
표 4
.
8양방향 컨버터 실험 파라미터
B ot
os
Bc
uk
Mo e
d
8
Mo e
d
8
4
0
4
0
D t ai
uyR t
oD
02
.
6
08
.
5
T a some un ai
rn fr rT rsR t
on(NH/ L
=
N)
3
.
8
3
.
8
D -ikV l g d i V
cl
n o a eV c n( )
t
30
8
30
8
B t r o a eV i V
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- 72 -

86. 그림 4 1부스트 모드 시 변압기 저압측 각 상간 전압 파형.
.
1
V b c 1, b(h ) V a c 3 D= . , i= 0 , o 30 P = . W)
6
8
7
a (h ) V c c 2, c(h )( 0 2 Vn 4. V = 8, o 1 k
그림 4 2부스트 모드 시 변압기 저압측 V b c1, a (h )파형.
.
1
a(h ) I c 2
p
( 0 2 Vn 4. V = 8, o 1 k
D= . , i= 0 , o 30 P = . W)
6
8
7
- 73 -

87. 그림 4 3벅 모드 시 변압기 고압측 각 상간 전압 파형
.
1
V b (h ) V c (h ) V a (h ) ( 0 8 Vn 30 V = 8 P = k
5
a H c 1, bH c 2, cH c 3, D= . , i= 8, o 4, o 2 W)
그림 4 4벅 모드 시 변압기 고압측 V b (h ) I H(h )
.
1
aH c 1, a
p c 1,
( 0 8 Vn 30 V = 8 P = k
D= . , i= 8, o 4, o 2 W)
5
- 74 -

88. 제 4장 결
론
본 논문은 2 토플로지의 3 D - C 컨버터에 대한 연구정리로써,
개
상 CD
3 능동 클램프 D - C 컨버터와 3 인터리브드 양방향 D - C 컨버
상
CD
상
CD
터에 대한 동작해석 및 시뮬레이션 그리고 각각 시작품 컨버터의 제작
및 실험을 통하여 비교 및 동작을 확인하였다.
3 능동 클램프 D - C 컨버터는 능동 클램프 회로와 모든 스위치의
상
CD
Z S 동작으로 효율을 향상 시켰으며,안정적인 초기 충전동작을 위해
V
플라이백 방식을 채용하였다.1 W급 프로토 타입을 제작하여 연료전지
k
가 적용된 3 계통실험을 통해 성능을 입증하였다.
상
3 인터리브드 양방향 D - C 컨버터는 승압/
상
CD
강압을 위해 부스트/
벅
컨버터 구조를 갖도록 하여 낮은 권선비의 변압기로 높은 승압/
강압 전
력변환이 가능하도록 하였고,컨버터 내 모든 스위치 및 정류기가 Z S
V
또는 Z S 동작하도록 하였다.부스트 컨버터모드에서 능동 클램프회
C로
로를 적용하여 스위칭 시 발생되는 서지 전압을 감소하도록 하였다. 상
3
P
WM 구동방식을 통하여 컨버터회로 및 변압기권선에 흐르는 전류가
연속모드로 동작하게 함으로써 각 스위치 및 변압기에서 발생하는 전도
손실이 최소화되도록 하였다.이와 같은 연속모드동작은 컨버터의 높은
전압전달비에 기여할 뿐만 아니라 컨버터 내 각종 소자와 변압기 등의
전류 및 전압스트레스와 전도손실을 감소하였다.
이와 같은 장점들로 인
하여 두 종류의 컨버터구조는 비교적 낮은 전력으로부터 정격을 상회하
는 출력 전반에 걸쳐 9% ~9%의 높은 효율로 동작함을 실험을 통하
5
6
여 확인하였다.본 논문의 3 절연형 인터리브드 방식 D - C 부스트
상
CD
컨버터 및 3 절연형 인터리브드 방식 양방향 d- c컨버터는 연료전
상
cd
지발전시스템 내에서 연료전지 출력의 승압용 부스트 컨버터와 최종 출
력 안정화용 보조전력변환장치인 배터리 충‧
방전식 양방향컨버터로 활용
하는 데 적합함을 입증하였다.
또한, 두 컨버터의 구조는 태양전지발
이
전시스템 등과 같은 신재생에너지의 전력변환장치뿐만 아니라 에너지저
장시스템,무정전전원장치( P )
U S,하이브리드자동차 및 전기자동차의 전
력변환장치 등에 적용될 수 있다.
- 75 -

89. [참 고 문 헌]
[]
1
M.W.El,M.R o S a o s y .J e o ,“ u lcl
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1t
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e tr" n rce ig fte E E o
.8,Is e 2 p
10- 88 20.
88 11, 01
[]
2
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를 위한 1㎾급 독립전력변환장치의 개발, 전력전자학회 논문지,
0
”
제8 제6 p . 5- 6, 03
권, 호, p 51 50 20.
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3
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rnat s n n ut
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4
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p l ai s E E rnat s n o e lcr i
c o ”
o
o s o
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2, su , p 30 37 Ma. 05
0 Is e2 p . 7- 7, r 20.
[] D Oiei J. n . ab, A T re p aeZ S P
5
. l r , r a dI B ri “
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he- h s V
WM D / C
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t s mmer a d t c c asc td wi a
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tre p ae v ri o y r g rcie, I E T a scin
he- h s es n fh bi e eti ” E E rnat s
o
d
fr
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o o e lcrnc, o. 0 N . , p 34 30 Ma. 05
nP w rE et i V l2, o 2 p . 5- 6,
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r 20.
[]
6
J Jcb , A A ebr, a d R D D n k r “ n v l
. ao s
. v reg n
. e o ce, A o e
tre p ae d/c cn etr fr hg - o r a pi t n” i
he- h s cd o v r
e o ih p we p l ai , n
c o
P w rE eto i p c l t o f e c, p 16–16, 04
o e lcrnc
sS ei i sC n rne p . 81 87 20.
as
e
[] C Lu A Jh sn a dJ L i“ n v l he- h s ih p we
7
. i, . o n o , n . a A o e tre p aehg - o r
,
- 76 -

90. sf s th d D / C cn etr fr l v l g fe cl
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a pi t n , E E T a scin nId sr p l ain, o
p l ai s
c o ”I E
rnat so n ut
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yA pi t s V l
c o
.
4, p 19- 67 N v- e. 05
1 p . 61 19, o .D c 20.
[]
8
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C를
회로가 없는 3 Z S D - C 컨버터, 전력전자학술대회 논문
상 V
CD
”
집, p 26 28 20. . - .
p . 0- 0, 08 6 0 7 .
3 3
[] Jn wa C o,H nu C a y n - o H n A T re P ae
9
u g n h i a j h ,B u g mon a ,“
he- h s
Itr a e D - C C n etr wi A t e Ca
nel v d C D
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es,I E
l
rn.o
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s i
s u lhd
s
Ma. 00
r 21.
[0
1]
H nu C a Jn wa C o B u g mo n H n “ N w
aj
h, u g n hi y n - o
,
a, A
e
T re P ae Itr a e Io td B otC n etrwi Acie
he- h s nel v d sl e os o v r
e
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Ca
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mp fr F e C l , i P w r E et nc S eil t
o
u l es
l” n o e
lcr i
o s pc is
as
C n rne p . 21 26 20.
o f e c, p 17–17, 08
e
[1 최정완,
1]
차한주,
한병문, 인터리브 방식 삼상 절연형 고효율 부스
“
트 컨버터, 전력전자학회 논문지,제1권,제6
”
4
호,p .46 53
p 9- 0,
20년 1월.
09
2
[2 차한주,최정완,“
1]
인터리브 방식 삼상 절연형 고효율 부스트 컨버
터, 대한전기학회 하계 학술대회, p 90 91 20.
”
p . 1- 1, 08
[3 최정완,
1]
강태섭,
차한주, 삼상 인터리브 방식 절연형 고효율 부스
“
트 컨버터의 효율실험, 대한전기학회 전기기기 및 에너지변환시
”
스템 부분회 춘계 학술대회, p 29 31 21.
p . 9- 0, 00
[ ] 최순호, 3 전류형 능동 클램프 D / C 컨버터의 해석 및 설계” 충남
1
4
“상
CD
,
대학교 전기공학과 석사논문, 09
20.
- 77 -

91. [ ] 최정완, 연료전지용 3 절연형 인터리브 방식 D - C 컨버터의 해석
1
5
“
상
CD
및 설계” 충남대학교 전기 공학과 박사논문, 00
,
21.
[ ] 강태섭,
1
6
최정완,
차한주, 3 절연형 인터리브 방식 고효율 벅 컨버터의
“상
효율 실험” 대한전기학회 하계학술대회 논문집 ,p .17- 18
,
p 17 17,
21.
00
[7
1]
H.-B. Shin, J.-G. Park, S.-K. Chung, H.-W. Lee and T.A. Lipo,
“ e ea sd sed - tt a a s o
G n rl e ta y sae n l i fmut hs itr ae
i
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b otcn etr wt cu ld id cos,I E P o.E et
o s o v re i o pe n u tr” E
h
rc lcr
.
P w rA p.V l12 N . , p54 9, y20
o e p l o. 5, o 3 p 8∼54 Ma 05
,
- 78 -

92. AB TR T
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- 79 -

93. h s b e a a zd a d i l ne a b s o he- h s D - C
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to a en p ldit h xs n
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eup n nb t r h re/i c ag r U S a dh bi a.
q ime ti at yc ag r s h re, P n y r
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ddcr
- 80 -

94. 감사의 글
대학원에 진학한지 어느 덧 2
년이 흘러 석사학위 논문을 완성하게 되었습니다.
짧게 느껴지는 2
년의 시간을 돌이켜 보면 학문적 지식뿐만 아니라 앞으로의 제
인생에 있어서 많은 것들은 배우고 느낄 수 있었던 시간이었던 것 같습니다.
본 논문이 완성될 수 있도록 도와주신 많은 분들께 감사의 마음을 전하고자
합니다.
논문 뿐 아니라 부족한 저에게 석사학위과정 2 동안 세심한 지도로
년
연구에 대한 용기와 격려를 주신 차한주 교수님께 진심으로 깊은 감사의 말씀을
드립니다.
바쁘신 가운데 초라한 논문을 열과 성으로 심사해주시고 석사학위과
정 동안 많은 가르침과 조언을 해주신 이흥호 교수님,
김양모 교수님께 깊이 감
사드립니다.
스무 살,
대학생활 때부터 지금까지도 많은 가르침과 지도해 주시고 이 순간을
맞이할 수 있도록 대학원 진학에 학문 연구 뜻을 품게 해주신 대덕대학 이승환
교수님께 깊은 감사의 말씀을 드립니다.
보다 깊이 있는 연구할 수 있도록 도움을 주시고 대학원 생활을 통해 제게 귀
감이 되어 주신 최정완 선배님께 감사드립니다.
무엇보다 오늘의 제가 있도록 언제나 힘이 되어준 아버지,
어머니 그리고 동
생 태운이에게 항상 감사하고 사랑한다고 전하고 싶습니다.
지능형전력변환실험실 여러분과 희노애락을 함께 했기에 학위과정 동안의 시
간이 힘들지 않고 하나의 좋은 추억으로 남았다고 생각합니다.
많은 분들의 깊은 관심과 배려 그리고 사랑으로 석사학위과정을 무사히 마칠
수 있었습니다.
다시 한번 감사드리며 이 작은 결실의 기쁨을 같이 나누고자 합니다.
- 81 -