電氣自動車에 適合한 ZVS & ZCS PWM 昇壓型 DC-DC 컨버터의 特性解析에 關한 硏究

Abstract

본 논문에서는 고효율 및 대용량으로서 전기자동차에 적합한 승압형 DC/DC 컨버터 개발을 목적으로 한다. 이를 위해 1차측 Full-Bridge 컨버터와 절연하기 위한 고조파 변압기부, 2차 측 배압회로로 2배 승압이 가능한 독립 시스템을 구성하였다. 이 독립 시스템을 2개 이용하여 입력 측을 병렬, 출력 측을 직렬로 전체 시스템을 구성하여 총 4배 승압을 제안한다. 이 제안된 구조 방식은 1차측 모든 스위치에서 ZCS을 적용하여 턴-온/오프 시 스위칭 소자에 생기는 전력 손실을 감소시키므로서 효율을 개선한다. ZCS를 하기 위해 L-C 공진 회로 중 인덕턴스 성분을 1, 2차 측 절연을 위한 고조파 변압기의 누설 인덕턴스 성분으로 대체함으로서 별도의 인덕턴스를 추가하지 않기에 시스템 사이즈 및 비용을 줄일 수 있다. 본 논문에서는 이와 같은 구조 및 회로 기법으로 검증 및 타당성 확인을 위하여 PSIM을 이용한 시뮬레이션을 수행하였으며 변압기 2개로 5[kW] 스텍 제작을 통하여 제안된 전기 자동차용 시스템의 타당성을 검증하였다. 검증 결과 ZCS 파형 및 효율이 우수함을 확인하였으며 정확한 검토 및 구현 가능성 여부 확인을 위해 최적화한 변압기 설계와 코어 사이즈 및 코일 직경으로 누설 인덕턴스를 줄이고 공진 커패시터의 용량을 줄였다. 그러함으로서 공진 주파수를 증가시켜 변압기 1개로 8[kW]급 DC/DC 컨버터를 제작하여 실험을 수행하였다. 다양한 실험을 통해 제안된 전기자동차용 DC/DC컨버터의 안정성 및 효율이 우수함을 확인하였다. 이러한 연구는 전기 자동차는 물론 대용량 전력변환 시스템에 적용시 많은 장점이 있을 것으로 예상된다.

This paper added that new resonant inductor, resonant capacitor, lossless snubber capacitor, auxiliary switches, auxiliary diode for existing dc boost the voltage type hard switching PWM converter used for automotive auxiliary power supply. Thus, it purposed ZVS & ZCS PWM boost converter by adding a new active auxiliary resonant snubber circuit. The proposed converter for the drastic fluctuations of the DC input voltage, step-up DC output voltage /was stabilized by 100 [kHz] in the band's soft-switching PWM control and /obtained when duly ratio is 0.3, efficiency 97.2[%]. And the position of the resonant capacitor and inductor array by appropriately reduced the peak current that occurs in the auxiliary switch. And, peak current occuring in auxiliary switch is reduced by arranging resonant capacitor and inductor. Also, resonant capacitor reduced the turn-off loss reduction and diode reverse recovery current . The proof of these results, purposed ZVSconverter & ZCS PWM converter is better than existing automotive auxiliary power supply.