Accurate Efficiency analysis of a Bi-directional converter for Hybrid Electrical Vehicles

하이브리드 차량 양방향 컨버터의 효율 분석

HEV(Hybrid Electrical Vehicle)의 배터리와 전동기/발전기용 인버터 사이에 장착되는 양방향 컨버터는 boost/buck 동작을 수행함으로써 차량이 효율적으로 동작되도록 한다. 대표적인 단상(single-phase)의 Half bridge topology를 기준으로 효율을 분석 하였으며 효율 개선을 위하여 다상(multi-phase) 인터리빙, 소프트 스위칭 기술 등이 사용되고 있으나 여기서는 하드 스위칭 상태만 다룬다. Ideal한 컨버터의 경우 단순히 Duty비와 동작 영역에 따라서 출력 상태가 결정 되며 입력전력과 출력전력은 동일하다. 그러나 손실이 있는 경우 입/출력 전력은 동일하지 않게 되고, Duty 역시 변화 한다. 따라서 각 손실 파라미터를 Ideal한 Duty로 가정하고 구할 경우 오차가 발생한다. 또한, 스위칭 소자의 on/off시 발생하는 스위칭 손실은 실험 측정값과 계산값의 차이가 크기 때문에 이 역시 오차의 원인이 된다. 본 논문에서는 각 손실 파라미터와 입/출력 전력을 Duty에 대한 다항식으로 표현 하였다. 고차 다항식의 근을 수치 해석적으로 구하여 손실을 고려한 Duty비를 찾아 낼 수 있다. 스위칭 손실의 경우 데이터 시트에 주어진 손실 그래프를 테스트 영역까지 1차 근사하여 사용함으로써 정확한 효율 측정이 가능하도록 하였다.