일반적으로 3상 PWM AC/DC 컨버터는 정상상태에서의 효과적인 오차제거 및 빠른 과도응답 특성을 얻기 위해 동기좌표계상으로 모델링하여 제어한다. 그러나 이와 같은 제어기는 입력전압이 평형일 경우를 전제조건으로 하므로, 입력전압이 불평형일 경우 입력전류와 직류링크 전압에 2차 고조파 성분이 나타나게 된다. 본 논문에서는 불평형 입력전압 하에서 컨버터 시스템의 입력전류와 직류링크 전압에 발생하는 2차 고조파 성분을 최소화하기 위한 새로운 제어기법을 제안하였다. 입력측 역기전력 성분으로 간주할 수 있는 동기좌표계상의 전압을 입력전압의 상태에 따라 변동하였으며, 전류지령치를 무효전력과 2차 고조파 유효전력을 선택적으로 제거하도록 선정하였다. 입력전압의 분석은 동기좌표계상에서 수행되어지며, 각 상의 위상과 진폭의 검출이 불필요하다. 제안한 제어기법은 매우 간단하며 불평형 입력전압 상태에서 입출력 시스템의 고조파 왜란을 효과적으로 제어할 수 있다.
풀 브리지 dc-dc 컨버터는 일차측의 모든 스위치가 ZVS 턴온을 하여 높은 효율을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 그러나 풀 브리지 dc-dc 컨버터의 입력전압의 값이 낮아지면 전압 이득이 낮아서 출력측의 전압도 낮아진다는 단점이 있다. 이러한 점을 개선하기 위하여 풀 브리지 능동 클램프 회로를 함께 사용하여 입력전압이 낮아지더라도 출력전압을 원하는 값을 유지하도록 한다. 일반적인 전압의 입력에서는 위상변이 방식의 풀브릿지 dc-dc 컨버터로 동작하며, 입력전압이 낮아질 경우 능동 클램프로 제어하게 된다. 일반적인 전압의 입력에서는 위상변이 방식의 풀브릿지 dc-dc 컨버터로 동작하며, 입력전압이 낮아질 경우 능동 클램프로 제어하게 된다. 본 논문에서는 넓은 입력 범위를 갖는 풀 브리지 dc-dc 컨버터를 제안한다. 제안하는 dc-dc 컨버터의 구조와 제어 방식을 소개하며 시뮬레이션을 통하여 회로의 타당성을 확인한다.
PWM(Pulse Width Modulation) 컨버터에서 공급 전압의 품질은 교류 입력전류 및 직류 출력전압의 품질에 큰 영향을 미친다. 공급전압이 불평형 또는 고조파가 포함된 경우에는 평형 전원전압의 경우보다 입력 전류의고조파 및 역률 특성이 저하된다. 또한 컨버터 입력 측의 사용된 인덕턴스의 용량에 따라 입력전류의 고조파 및 역률 특성이 달라진다. 본 논문에서는 입력측 인덕턴스 값의 변화에 따른 단상 및 삼상 PWM 컨버터의 입력전류 고조파와 역률 관계를 해석하였는데, 특히 입력전압에 고조파를 포함한 경우와 불평형인 상태까지 확장하여 성능을 평가하였다. 이러한 결과를 통해 입력 인덕턴스 설계 값을 선정하는데 기준을 제시하였다.
1.8V 구동전압에서 10Mbps 이상의 높은 데이터 전송율을 갖는 새로운 광선로 수신기를 제작하였다. 10Mbps 입력신호 (duty ratio=50%, VIL(저준위 입력전압) = 0.5V, VIH(고준위 입력전압) =1.5V)에 대한 제작된 소자의 평균 출력 전압은 VOL(저준위 출력전압) = OV, VOH(고준위 출력전압) =1.15V로 나타났으며, 1.5V 고준위 입력전압 아래에서 평균 소비전류는 4.6mA로 나타났다.
본 논문은 3상 단방향 전력 변환기인 비엔나 정류기의 입력 전압 센서가 없는 제어 알고리듬 적용 연구에 대하여 기술 한다. 3상 시스템을 제어하기 위해서는 입력 전압과 입력 전류 DC Link 전압을 계측을 하여야 한다. 특히 입력 전압을 계측 시 시스템의 체적이 증가하고 가격이 올라 갈 수 있다는 단점이 있다. 본 논문에서는 입력 전압 센서가 없는 비엔나 정류기 제어 알고리듬을 이용하여 입력 전압 추종 및 역률 보정을 구현 하였다. 모의 해석은 MATLAB/SIMULINK를 사용하여 검증 하였다.
본 논문에서는 DC-DC 부스트 컨버터의 최소 입력전압을 250mV 까지 낮출 수 있도록 하는 저전압 스타트업 전압 발생기를 제안 하였다. 제안된 스타트업 전압 발생기는 250mV의 입력전압을 500mV 이상으로 승압시켜 커패시터에 충전한다. 이후, 커패시터에 저장된 전압으로 부스트 컨버터를 시동시킴으로써, 250mV의 낮은 입력 전압에서도 부스트 컨버터가 동작을 시작할 수 있도록 하였다. 부스트 컨버터가 정상 동작한 후에는, 부스트 컨버터에 의하여 만들어지는 승압된 출력전압을 다시 부스트 컨버터의 전원으로 사용하게 함으로써, 스타트업 동작 후에는 기존 부스트 컨버터와 동일한 높은 전력 변환 효율로 동작 하도록 하였다. 제안된 스타트업 전압 발생기는 낮은 입력전압에서 트랜지스터의 바디전압을 조절하여 트랜지스터의 문턱전압을 낮춤으로써, 입력전압을 승압시키는 딕슨 차지펌프에 높은 클럭 주파수와 큰 전류를 공급하도록 하였다. 제안된 스타트업 전압 발생기는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 제작되었으며, 250mV의 입력전압에서 생성된 클럭 주파수와 출력전압은 각각 34.5kHz와 522mV였다.
전원입력단에 사용되는 회로는 입력전원만을 사용할 수가 있다. 일반적인 전자회로는 입력전원을 이용하는 전압변환기에 의해 생성되는 2차전원을 이용하게 된다. 하지만 전원입력단의 저전압 및 과전압에 의한 고장에 대비하기 위한 보호회로는 2차 전원을 사용할 수가 없기 때문에, 입력전원만을 이용해서 구현이 되어야 한다. MOS FET의 문턱전압 특성을 이용한 저전압/과정압 검출회로는 50V 입력전압만을 이용해서, 정상적인 전압범위를 벗어나는 저전압/과전압 현상을 정상적으로 검출할 수가 있고, 기존의 Zener diode만으로 보호만 가능했던 것을 검출이 가능하게 되었고, 이상전압검출회로의 동작의 정확도를 결정하는 기준전압은 환경조건 등에 의해서 발생할 수 있는 모든 변수를 고려하면 최악조건 해석상으로 8.4%에서 2.5%로 향상되었다.
본 논문에서는, 유니버셜 입력 전압에서 높은 효율을 가지는 새로운 구조의 브리지리스 부스트 PFC 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 두 개의 인덕터와 네 개의 GaN 스위치, 두 개의 다이오드와 SPDT 릴레이를 사용하여 입력 전압에 따라 토폴로지 변환이 가능하다. 로우라인 입력전압이 인가될 경우, 제안하는 컨버터는 기존의 인터리브드 토템폴 브리지리스 PFC 컨버터로 동작하는 반면, 하이라인 입력전압이 인가될 경우, 제안하는 컨버터는 하나의 부스트 컨버터로 동작하게 된다. 따라서 제안하는 컨버터는 유니버셜 입력전압에서 높은 효율을 가지며, 고효율을 요구하는 서버용 전원장치나 유니버셜 입력을 요구하는 기타 PFC 어플리케이션에 적용될 수 있다. 제안하는 컨버터는 유니버셜 라인 입력 ($90V_{AC}{\sim}265V_{AC}$), 400V / 1.6kW 출력의 프로토타입 컨버터를 통해 동작을 검증하였다.
본 논문에서는 최근 서버에 적용되고 있는 180~305 Vac의 높은 입력에 대한 종속 벅 부스트 형태의 역률 보상 회로를 제안한다. 제안된 컨버터는 277 Vac인 공칭 입력 전압에서 기존 부스트 역률 보상 회로와 동일하게 동작하며, 277 Vac 이상의 입력에서는 추가된 벅 스위치의 간단한 피드-포워드 제어를 통해 부스트 단의 평균 입력 전압을 낮추는 방법을 사용한다. 따라서, 277 Vac 이상의 높은 입력 전압에서도 기존 보다 낮은 출력 전압으로 컨버터가 동작하기 때문에, 기존의 부스트 컨버터에 비해 출력 콘덴서의 크기와 부스트 스위치, 다이오드의 전압 스트레스를 감소시킬 수 있다. 이를 통해 공칭 입력 전압에서 부스트 스위치의 스위칭 손실을 감소시킬 수 있고 높은 전력 밀도를 가질 수 있다. 본 논문에서는 제안된 컨버터의 분석과 함께, 유효성 확인을 위해 입력 180~305 Vac, 출력 400 V, 750 W 급 컨버터를 제작하였으며 실험을 통해 얻은 결과를 제시하였다.
양방향 스위치를 갖는 5-레벨 인버터는 입력 전원단이 직렬 결합된 두 개의 커패시터로 구성된다. 5-레벨 인버터를 다단 결합하게 되면 출력전압의 레벨 수를 증가 시켜 보다 정현파에 가까운 출력전압을 생성할 수 있지만 입력 전원으로 사용되는 직렬 결합 커패시터 단이 증가하게 된다. 직렬 결합된 커패시터 전압이 불평형 상태가 되면 출력전압의 THD에 영향을 주게 되어 양질의 출력전압을 생성하기가 어려워진다. 따라서 본 논문에서는 직렬 결합된 입력 커패시터 전압 크기의 불평형 상태에 따른 출력전압 THD 변화를 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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