슈퍼 커패시터 응용을 위한 빠른 응답특성을 갖는 하이브리드 전류모드 제어기 = A Hybrid Current Mode Controller with Fast Response characteristics for Super Capacitor Applications

국문 초록 (Abstract)

철도차량 분야에서는 철도 차량이 감속하였을 때 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 바꿔서 낭비되는 에너지를 저장하는 회생 제동에 대한 연구가 수행되고 있다. 회생 제동의 연구가 활발해지면서 전기 에너지 저장 장치로 슈퍼 커패시터가 많이 사용되고 있다. 슈퍼 커패시터를 이용한 에너지 저장 장치에 적용되는 전력변환 장치의 경우 슈퍼 커패시터의 고속 충 방전을 위해서 빠른 응답 특성을 갖는 전압 제어기가 필요하다. 이를 위하여 피크 전류 모드 제어 방식이 사용하는데 시비율이 0.5 이상일 때 저조파 발진문제가 발생한다. 이 저조파 발진 문제를 방지하기 위해 가공의 삼각파를 사용하는 기울기 보상 방법이 제안되었다. 이 방법에서 기울기의 범위는 기울기 보상 방법의 입력 및 출력 전압에 따라 달라지므로 입력 또는 출력 전압변경에 따라 기울기를 변경해야한다. 그러나 슈퍼 커패시터는 전압이 급격하게 변하기 때문에 실제 출력 전압에 따라 기울기를 수시로 변경하는 것은 쉽지 않다. 따라서 입력 및 출력 전압 전 범위에서 저조파 발진 문제를 방지하기 위해 기울기 보상을 최대 기울기로 사용하는 것이 일반적이나, 최대 기울기보상 방법을 사용하면 응답 시간이 지연되는 문제가 발생한다. 이 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 기울기 보상 방법이 아닌 피크 전류와 운전 조건에 따라 결정된 최소 전류 명령을 사용하여 빠른 응답 특성을 갖는 새로운 하이브리드 전류 모드 제어기를 제안하고, 제안된 방식의 효용성을 실험적으로 검증한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 1
• 1.2 논문의 구성 3
• Ⅱ. 피크 전류 모드 제어의 이해 4
• 2.1 제어기의 대역폭 4
• 2.2 피크 전류 모드 제어의 동작 원리 5
• 2.3 피크 전류 모드 제어의 문제점 6
• 2.4 저조파 발진을 막기 위한 기울기 보상 방법 11
• Ⅲ. 빠른 응답특성을 가지는 제어 설계 기법 17
• 3.1 밸리 전류 모드 제어의 특징 17
• 3.2 최대전류와 최소전류를 사용하는 기존의 논문 22
• 3.3 제안하는 하이브리드 전류 모드의 제어기법 24
• Ⅳ. 모의 해석 27
• 4.1회로 구성 27
• Ⅴ. 디지털 구현 방법 및 실험 30
• 5.1 피크 전류 모드 제어 디지털 구현 30
• 5.2 기울기 보상 방법(slope compensation) 디지털 구현 34
• 5.3 제안하는 하이브리드 전류 모드 제어 디지털 구현 37
• 5.4 boost 컨버터 실험 구성 39
• Ⅵ. 결 론 44
• 참고문헌 45
• Abstract 49
• 감사의 글 50