LC 필터가 연결된 단상 GaN 플라잉 커패시터 토템폴 PFC 컨버터의 변조기가 적용된 모델예측 전류제어기법 = Modulated Model Predictive Current Control Scheme for Single Phase GaN-Based Flying Capacitor Bidirectional Totem-Pole PFC Converter Equipped with LC Filter

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 단상 GaN 플라잉 커패시터 토템폴 역률 보정 (PFC) 컨버터 시스템의 변조기가 적용된 모델예측 제어 (MMPC) 기법을 제안하며, 해당 기법이 적용된 시스템이 PFC 모드와 전압원 인버터 (VSI) 모드 두 동작모드에서 양방향 동작이 가능함을 보인다. 본 연구에서는 부하 급변, 부하 덤프, 선형 부하, 비선형 부하 등의 다양한 동작 조건에서 시스템의 성능을 분석하고, 기존의 비례-적분 (PI) 및 비례-공진 (PR) 제어기와의 비교를 통해 계단 응답 및 전류 고조파 왜곡을 평가한다. 또한, 본 논문에서는 양주기와 음주기의 두 가지 상태를 분석하고, 플라잉 커패시터의 자연적인 전압 균형을 위한 스위칭 상태를 생성하기 위한 모델링을 수행한다. 모의 실험 및 실험 결과를 통해 제안된 MMPC 기법이 PFC 모드 및 VSI 모드 전반에서 동적 응답과 전력 품질을 효과적으로 향상시키며, 안정적인 동작을 보장함을 확인하였다. 또한, 플라잉 커패시터 토템폴 PFC 컨버터에 제안하는 기법을 적용함으로써 총 고조파 왜곡 (THD)을 효과적으로 저감하고, 두 모드에서 우수한 성능을 발휘함을 입증하였으며, 다양한 부하 조건에서도 안정적이고 우수한 성능 하에 동작함을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper proposes the modulated model predictive control (MMPC) for a single phase GaN-based flying capacitor three level totem-pole power factor correction (PFC) system, which demonstrates bidirectional operation for both PFC and voltage source inverter (VSI) modes. The study investigates the performance of the system under various operating conditions, including load step, load dump, linear load, nonlinear load conditions, with a comparative analysis of step response and current harmonic distortion against conventional Proportional-Integral (PI) and Proportional-Resonant (PR) controllers. This paper analyzes two states, one for positive cycle and the other for negative cycle. And performs modeling to generate switching states for natural balancing. Both simulation and experimental results show that the proposed MMPC strategy effectively enhances the dynamic response and power quality, ensuring stable operation across both PFC and VSI modes. The results confirm that the flying capacitor totem-pole PFC with MMPC significantly reduces total harmonic distortion (THD) and demonstrates superior performance in both PFC and VSI operation, demonstrating stable and high performance operation of both modes under various load conditions.

목차 (Table of Contents)

• 표목차 ii
• 그림목차 iii
• 국문초록 ⅳ
• 제1장 서론 1
• 제1절 연구 배경 및 연구 목적 1
• 제2절 논문의 구성 5
• 제2장 시스템의 회로 및 동작원리 분석 6
• 제1절 회로 분석 6
• 제2절 동작원리 분석 8
• 제3장 시스템의 모델예측제어 기반 제어기 설계 12
• 제1절 플라잉 커패시터의 자연 전압 균형을 위한 모델링 12
• 제2절 최적 듀티비 계산 16
• 제3절 모델예측제어 기반 전류제어기 동작 원리 20
• 제4장 모의 실험 21
• 제1절 모의 실험 구성 21
• 제2절 모의 실험 결과 24
• 제5장 실험 29
• 제1절 실험 구성 29
• 제2절 실험 결과 31
• 제6장 결론 45
• 참고문헌 46
• ABSTRACT 51