DC/DC스위칭 전력 컨버터는 임의의 직류전원을 부하가 요구하는 형태의 직류전원으로 변환시킨다. DC/DC 컨버터는 PWM-IC를 이용하여 주기적으로 입력측에서 출력측으로 전달되는 에너지를 제어하는 기능을 수행하는데, PWM-IC(펄스폭 변조-집적회로), MOSFET(산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터), 인덕터, 콘덴서, 저항 등으로 구성되어 있다. 방사선의 영향으로 DC/DC 컨버터의 PWM-IC 를 구성하는 비교기(comparator)와 연산증폭기(OP-Amp.) 등 전자소자의 열화 효과(radiation effects)가 발생되는데, PWM-IC 동작에서 SPICE 시뮬레이션과 실험을 통해 펄스의 상실, 펄스폭의 변화, 그리고 출력파형의 변화를 연구하는데 있다.
본 논문은 PWM 패턴의 연적 펄스폭 사이에서 정의된 선형관계에 기초한 새로운 optimal PWM 방식을 제시하였다. 새로운 PWM 방식에서 펄스폭 계산은 MW와 CW의 방정식에 의존하지않고 수행할 수 있다. 이 방식에 의해 마이크로프로세서로 제어되는 인버터를 위한 PWM 패턴은 패턴의 연적 펄스폭에서 최적 증분치를 얻으므로서 쉽게 구성할 수 있다. 더구나, PWM 인버터의 출력에서 고조도레벨은 본 PWM패턴이 최소 THD를 기초로 선정되기 때문에 항상 적다. 본 방식을 1(HP), 삼상 유도전동기에 적용시켜 종래의 regular PWM 방식과 비교해 보았다. 계산 및 실험의 결과에서 새로운 optiaml PWM 방식이 VSI-PWM 인버터에서 고조도를 최소화하기 위한 효과적인 일반화 연구임을 보였다.
본 연구에서는 각 상의 PWM 펄스를 개별적으로 랜덤하게 위치시킬 수 있는 새로운 2상 공간벡터 RPWM (Random PWM) 기법을 제안하고 있다. 제안된 방식은 각 2상 펄스들을 변조 구간 내에서 임의의 위치에 랜덤하게 배치하고 이를 기준으로 한 인버터 스위칭에 의해 고조파의 스펙트럼을 광대역화 하는 RPWM 기법이다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위하여, 16비트 고성능 마이크로 콘트롤러Cl67 기반의 실험을 수행하였다 제안된 2상 RPWM에 의한 인버터 출력 선간 전압과 직류 링크 전류의 고조파 스펙트럼 및 모터의 가청 스위칭 소음 저감효과를 종전의 방식과 비교 검토하였으며, 제안된 방법의 우수성을 입증할 수 있었다.
본 연구에서는 펄스의 위치를 랜덤하게 함으로써 효율적은 RPWN (Random PWM)을 구현할 수 있는 새로운 공간 벡터 RPPWM(Random Position PWM)방식을 제안하였다. 제안한 방식은 마이크로 컨트롤로 적용하기 쉬운 공간벡터 변조에 의하여 각 상의 듀티비를 연산한 다음, 스위칭 순서를 유지하며 각 3상 펄스들의 위치를 변조구간내에서 임의의 위치에 랜덤하게 배치함으로써 RPWM을 구현하는 방식이다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위하여 MATLAB/SIMULINK를 이용하여 펄스위치의 랜덤화 공각벡터 변조, 인버터 및 3상 유도전동기를 포함하는 전체 시스템을 모델화하였다. 종전의 공각벡턱 PWM 그리고 제안된 RPPWM에 의한 인버터 출력 전압 전류의 고조파 성분을 시뮬레이션에 의하여 비교 검토하였으며 제안된 방법의 유용성을 입증할 수 있었다.
본 논문에서는 다중 반송파 정현 펄스폭 변조방식으로 제어되는 Cascaded H-bridge 멀티레벨 PWM 인버터의 스위칭 손실 저감을 위한 스위칭 패턴을 제안한다. 부하 담당 전력이 상대적으로 큰 H-bridge 모듈의 스위치는 저주파의 기본 출력 전압 레벨을 형성하도록 동작시키며, 부하 담당 전력이 상대적으로 작은 H-bridge 모듈의 스위치는 고주파의 PWM 파형을 기본파에 가감하여 출력전압 파형이 사인파에 가까워지도록 스위칭 패턴을 형성한다. 본 논문에서는 제안된 스위칭 패턴을 PD, APOD 방식의 다중 반송파 정현 펄스폭 변조방식으로 구현하여 Cascaded H-bridge 멀티레벨 PWM 인버터에 적용시키고 실험을 통해 기존의 스위칭 패턴에 비해 스위칭 손실이 개선됨을 증명한다.
본 논문은 비선형 제어 시스템을 효과적으로 모사하는 TS(Takaki-Sugeno: TS) 퍼지 시스템의 펄스폭 변조 (Pulse-Width Modulated: PWM) 제환 제어기 설계 기법을 논의한다. 효율적이며 신뢰할만한 퍼지 PWM 제어기를 설계하기 위하여 전역적 지능형 디지털 재설계 기법(global intelligent digital redesign)을 이용한다. 우선 잘 설계된 아날로그 퍼지 제어기를 설계한 후 전역적 지능형 디지털 재설계 기법을 이용하여 디지털 퍼지 제어기를 설계한다. 유사한 전역적 상태정합 개념을 이용하여 재설계된 디지털 퍼지 제어기론 퍼지 PWM 제어기로 변환한다. 또한 재설계된 퍼지 PWM 제어기의 안정화 가능성을 조사한다.
본 논문에서는 경량합금 용해공정 상에서 발생되는 응고 조직의 불균일한 문제를 대전류 펄스파워 장치를 적용해서 해결하기위한 용도로 전류펄스 공급 장치를 개발했다. 펄스파워를 발생시키기 위한 전원공급용 스위치는 MOSFET 스위치를 사용했고, 게이트제어를 위한 신호로는 PWM 신호를 발생시켜 공급했다. 설계한 회로에 대해 시뮬레이션을 거쳐 PCB로 제작하여 최종적으로 전류펄스 공급 장치를 개발했다. 전원회로 시뮬레이션은 PSIM 소프트웨어를 이용해서 실시했다. 실험결과 개발한 시스템에서 출력되는 전류펄스 출력신호가 시뮬레이션 결과와 잘 일치함을 확인했다.
3상 PWM 정류기에 대한 공간벡터제어 기반 전압제어방식은 스위칭 구간에 대한 스위칭 패턴을 설계해야하기 때문에 최적한 스위칭 패턴을 설계하는데 많은 노력이 요구된다. 본 연구에서는 3상 6펄스 전압형 PWM 정류기를 위한 D-Q 제어에 기반 한 SPWM 출력전압 제어 알고리즘을 연구하였다. 출력전압제어 알고리즘에서 3상 기준신호들은 공간벡터 표시법에 기반 한 D-Q 변환으로부터 얻어지며 스위칭 패턴 대신에 SPWM 방식을 이용하여 정류기 스위칭 제어 신호들을 생성하도록 하였다. 다음으로, EMTP-RV를 이용하여 D-Q 제어기반 SPWM 방식을 가지는 3상 6펄스 전압형 PWM 정류기를 모델링하였다. 끝으로, EMTP-RV 시뮬레이션을 통해 얻어지는 출력전압파형을 기준 값과 비교, 출력전압이 기준전압을 정확하게 추종함을 확인함으로서 D-Q 제어기반 SPWM 전압제어 알고리즘의 유효성을 확인할 수 있었다.
본 논문은 한전 전력연구원이 주관하고 명지대학교와 (주)효성이 참여하는 연구과제의 결과물로써 다중펄스 컨버터와 PWM 컨버터로 구성된 20MVA급 Back-to-Back STATCOM의 시스템 구성 및 제어 동작특성에 대하여 정리하였다. 한전 전력연구원과 (주)효성이 국책과제를 통해 순수 국내기술로 개발한 10MVA급 다중펄스 STATCOM의 활용방안으로 10MVA급 PWM STATCOM 1기를 추가하여 두 STATCOM 각각의 DC link단을 연계시킨 20MVA급 Back-to-Back STATCOM을 구성하고 제어 알고리즘을 개발하였다. 또한 PSCAD/EMTDC 소프트웨어를 이용하여 개발한 Back-to-Back STATCOM의 제어 및 동작특성을 분석하였다.
인버터의 출력파형에 포함되는 고조파를 저감하기 위하여 소프트웨어에 의하여 W형태와 M형태의 펄스 폭변조 신호로 구동되는 3상 5레벨 PWM인버터를 구현하였고, 인버터의 출력전압의 종합 고조파 왜율은 비교 분석하였다. 제안한 M형 펄스 폭 변조 제어에 의하면 PWM 인버터의 종합 고조파가 크게 낮출 수 있어 인버터 응용 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. W형 및 M형의 펄스 폭 변조제어 3상 5레벨 PWM 인버터를 구현하여 인버터 출력전압의 종합 고조파 왜율을 5〔%〕이하로 유지됨을 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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