일반적으로 자외선(UV)을 발생하기 위한 방전등 구동용 직류 전원장치는 하드 스위칭 모드로 동작되어지는 고주파 스위칭 DC-DC 컨버터가 사용되고 있다. 구체적으로 전원장치는 전자 노이즈 장해에 의한 전자 회로의 오동작이나 각 구성 소자의 발열의 문제 등이 시스템의 신뢰성을 저하시키는 원인이 되고 있다. 그러므로 본 논문에서는 소프트 스위칭 회로 기술을 사용한 고주파 링크 DC-DC 컨버터로서 먼저 구체적으로 1차측 위상 천이 PWM DC-DC 컨버터와 제안한 2차측 위상 천이 PWM DC-DC 컨버터를 조합하여 방전등 구동용 직류 전원장치를 제안하였다. 제안하는 방전등 구동용 직류 전원장치는 시뮬레이션과 실험을 통하여 그 타당성을 서술하였다.
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.
DC/DC switching power converters produce DC output voltages from different stable DC input sources regulated by a bi-polar transistor. The converters can be used in regenerative braking of DC motors to return energy back in the supply, resulting in energy savings for the systems containing frequent stops. The voltage mode DC/DC converter is composed of a PWM (Pulse Width Modulation) controller, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), an inductor, and capacitors, etc. PWM is applied to control and regulate the total output voltage. It is shown that the output of DC/DC converter depends on the variation of threshold voltage at MOSFET and the variation of pulse width. In the PWM operation, the missing pulses, the changes in pulse width, and a change in the period of the output waveform are studied by SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) and experiments.
본 논문은 전류모드에서 동작하는 PWM/PFM DC-DC Boost 변환기의 설계를 하였다. 부하전류가 클 때는 PWM으로 동작하고, 부하 전류가 작을 때는 PFM으로 동작함으로써 높은 효율을 유지할 수 있게 설계하였다. DC-DC Boost 변환기는 $0.35{\mu}m$ 공정으로 설계되었으며, 500KHz의 주파수에 동작하고, 최대 효율은 92.1%이다. 그리고 부하 전류가 최대 600mA까지 구동 할 수 있다. 전체 칩의 크기는 패드를 포함하여 $1300{\mu}m{\times}1070{\mu}m$이다. 따라서 작은 칩 면적으로 넓은 부하전류를 구동할 수 있는 DC-DC Boost 변환기를 설계하였다.
DC/DC컨버터는 임의의 직류전원을 부하가 요구하는 형태의 직류전원으로 변환시키는 전력변환기이다. 전압모드 DC/DC 컨버터는 주기적으로 입력측에서 출력측으로 전달되는 에너지를 제어하는 기능을 수행하기 위해 MOSFET(산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터), 인덕터, PWM 제어기(오실레이터, 연산증폭기, 비교기로 구성)를 이용한다. 본 논문에서 PWM(펄스폭 변조) 모듈과 스위칭모드로 제어하는 기본적인 승압과 강압컨버터를 연구하고, 전기적 특성을 SPICE로 시뮬레이션을 수행하며, 전력의 효율을 각 소자의 변화와 사양에 따라 분석하는데 있다.
As the Three-level ZVS PWM DC-DC converter operates likewise full-bridge ZVS PWM DC-DC converter and the blocking voltage of each switching device is a half of the DC-link voltage, it is suitable for the high imput voltage applications. However, it has some problems as follows; The blocking voltage of each devices is unbalanced and it causes the power losses of the inner switching devices to be increased. Also, it has narrow load range so that the switching losses and the efficiency are reduced as it goes to the light load. This paper presents an nove Three-level ZVS PWM DC-DC converter, which can reduce the overvoltage of the outer switches, eliminate the unbalance of the voltage sharing between the switches at turn-off due to the stray inductances, and operate from no load to full load. The characteristics and the performances of the proposed Three-level ZVS PWM DC-DC converter are verified by simulation and experimental results
본 논문에서는 태양광 시스템 적용을 위한 PWM 제어 기반의 승압형 DC-DC 컨버터 설계 방법을 연구하였다. 스위칭 모드 방식의 승압형 DC-DC 컨버터의 동작원리를 분석하였으며 기본적인 설계 방법을 연구하였다. 태양광 시스템 적용을 위해 가변 입력 조건 하에서 컨버터의 출력 전압이 목표 전압을 추종할 수 있도록 PWM 제어를 기반으로 하는 출력 전압 궤환 제어 알고리즘을 개발하였다. 제안된 알고리즘의 유효성을 검증하기 위한 절차로서 입력 전압 DC 10V를 DC 30V로 승압하여 출력하는 하나의 궤환 출력 전압을 가지는 승압형 DC-DC 컨버터의 시작품을 설계, 제작하였다. 성능 평가 시험에서 오실로스코프와 LCD의 출력전압이 기준 전압에 대한 1[%] 이내의 오차율을 보임으로써 목표 출력전압을 정확하게 추종함을 확인하였다.
In this paper, a novel type of auxiliary switched capacitor assisted edge resonant soft switching PWM resonant DC-DC converter with two simple auxiliary commutation lossless inductor snubbers is presented. The operation principle of this converter is described using the switching mode equivalent circuits. This newly developed multi resonant DC-DC converter can regulate its DC output AC power under a principle of constant frequency edge-resonant soft switching commutation by an asymmetrical PWM duty cycle control scheme. The high frequency power regulation and actual power characteristics of the proposed soft switching PWM resonant DC-DC converter are evaluated and discussed. The operating performances of the newly proposed soft switching inverter are represented based on simulation results from an applications point of view.
This paper presents novel circuit topology of half-bridge soft-switching PWM inverter type DC-DC high power converter for DC bus feeding power plants. The proposed DC-DC power converter is composed of a typical voltage source-fed, half-bridge high frequency PWM inverter with a high frequency planar transformer link PWM control scheme and parallel capacitive lossless snubbers. The operating principle of the new DC-DC converter treated here is described by using switching mode-equivalent circuits, together with its unique features. All the active power switches in the half-bridge arms and input DC bus lines can achieve ZCS turn-on and ZVS turn-off commutation transitions. The total turn-off switching losses of the power switches can be significantly reduced. As a result, high switching frequency IGBTs can actually be selected in the frequency range of 40[kHz] under the principle of soft-switching. The performance evaluations of the experimental setup are illustrated practically.
기존의 DC-DC 부스트 변환기에 사용되는 non-overlapping gate driver는 dead-time이 고정되어 있기 때문에 body-diode conduction loss 또는 charge-sharing loss가 발생하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 loss에 의한 효율 감소를 줄이기 위해 본 논문에서는 dead-time 적응제어 기능을 갖는 PWM DC-DC 부스트 변환기를 설계하였다. 제안된 DC-DC 부스트 변환기는 CMOS $0.35{\mu}m$ 공정으로 설계되었고, 입력전압 2.5V를 받아서 3.3V의 출력전압으로 승압시킨다. 스위칭 주파수는 500kHz이며, 최대효율은 97.3%이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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