양방향 PWM Sepic/Zeta DC-DC 컨버터 설계

Abstract

DC/DC 컨버터는 대개 컨버터 양단의 전원 전압의 극성은 변하지 않고 그대로 유지하면서 양방향으로 전력의 흐름을 제어하기 위해 전류의 방향을 양방향으로 제어한다. 최근 양방향 DC/DC 컨버터를 필요로 하는 응용분야가 점차 증가하고 있으며 배터리 충전기(Battery charger/discharger), DC UPS(DC uninterruptible power supply), 인공위성 전력시스템(Aerospace power systems), 전기자동차용 전동기 드라이브(motor drives) 등에 널리 쓰인다. 정전이나 새그/스웰(Sag/Swell)등과 같은 불량 전원에 대비하여 의료 기기나 컴퓨터 설비와 같은 정밀 전기 기기의 전원 품질을 확보하기 위해 지금까지 주로 AC UPS를 사용하여 왔다. AC UPS는 AC 전원으로부터 전원을 공급받아 다시 전력품질이 향상된 AC 전압을 출력한다. 전기 기기는 AC UPS로부터의 전압을 공급받아 기기 내의 SMPS를 통해 DC 제어 전원으로 변환한 후 부하에 공급한다. 전원부를 이와 같이 구성할 시 부피가 크고 효율이 나쁘며 비용이 많이 드는 문제점이 있다. 인공위성의 전력시스템은 대개 태양에너지를 공급받아 태양전지를 통해 부하에 사용한다. 이와 같은 전력 시스템에 있어서 태양전지는 직전 공통버스에 연결되며, 배터리는 배터리 충전기(Battery charger/discharger)를 통해 공통버스에 연결되어 있다. 공통버스의 전압제어는 배터리 충전기를 통한 배터리로의 전력흐름제어를 통해 제어한다. 인공위성의 전력시스템도 역시 배터리 충전기 구현을 위해 양방향 DC/DC 컨버터를 필요로 한다. 이들 컨버터는 각각 장단점을 지니고 있으며, 본문에서 상세히 비교 검토하려한다. 또한 양방향으로 전력전달이 가능한 새로운 양방향 PWM Sepic/Zeta 컨버터를 제안하려 한다.

This paper proposes a new bidirectional Sepic/Zeta converter. The proposed converter have such advantages as low conduction loss due to synchronous rectifier operation and possible PWM operation. Because of positive and buck/boost-like DC voltage transfer function (M=d/1-d), the proposed converter is very desirable for use in distributed power system. Due to their ability to reverse the direction of flow of power, they are being increasingly used in many applications such as battery charger/dischargers, dc uninterruptible power supplies, electrical vehicle motor drives, aerospace power systems, telecom power supplies, etc. The proposed converter also has a transfomer version that could be used in the actual application to need the useful galvanic isolation. The characteristics of the proposed method were proved through computer simulations in this paper.