전기자동차 온-보드 충전기를 위한 위상 천이 부분 전력 처리 회로를 사용한 LLC 컨버터 = LLC Converter using Phase-Shifted Partial Power Processing Circuit for On-Board Electric Vehicle Charger

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 전기차 온-보드 충전기를 위한 새로운 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 제어 LLC 공진형 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 전체 출력 전력의 일부만을 처리하는 능동형 부분 전력 처리(Partial Power Processing, PPP) 브리지 회로를 사용하여 출력 전압을 효과적으로 승압할 수 있도록 구성하였다. 능동형 PPP 회로는 위상천이 변조(Phase Shift Modulation)를 적용함으로써 통합된 부스트 컨버터로 동작하며 기존의 PWM 또는 비대칭 PWM(APWM) 기반 공진형 컨버터에 비해 넓은 전압 이득 범위를 확보할 수 있다. 또한 PPP 회로의 변압기 권선비 조정을 통해 출력 전압 범위를 정밀하게 설정할 수 있다. 제안하는 컨버터는 전압 이득 확장에도 불구하고 PPP 단계가 처리하는 전력이 제한적이므로 기존 APWM 공진형 컨버터에서 흔히 발생하는 부스트 스위치의 턴 오프 손실과 공진 전류의 고조파 왜곡을 효과적으로 저감할 수 있다. 더불어 본 컨버터는 대칭 구조로 동작함으로써 회로 구성이 단순하다. 제안하는 컨버터의 타당성과 효용성은 800 V 입력, 150–500 V/11 A/3.3 kW 정격 출력을 가지는 프로토타입을 제작하여 실험적으로 검증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper proposes a novel pulse width modulation (PWM) controlled LLC resonant converter for EV on-board charger. The proposed converter integrates an active partial-power-processing (PPP) bridge circuit that handles only a fraction of the total output power while effectively boosting the output voltage. By utilizing phase-shift modulation the active PPP circuit operates as an integrated boost converter enabling a significantly wider voltage gain range compared to conventional PWM/APWM-based resonant converters. In addition, the output voltage range can be precisely tailored by adjusting the transformer turns ratio in the PPP circuit. Since the PPP stage processes reduced power even with further extended gain range the proposed converter further mitigates turnoff losses from boosting switches and harmonic distortion in the resonant current; issues commonly encountered in traditional APWM resonant converters. Moreover, the operation of the proposed converter is symmetric. The effectiveness and efficiency of the proposed converter are validated through experimental results using a prototype with 800 V input and 150–500 V/11 A/3.3 kW rated output.

목차 (Table of Contents)

• 표목차 iii
• 그림목차 iv
• 국문초록 v
• 제1장 서론 1
• 제1절 연구배경 1
• 제2절 논문의 구성 5
• 제2장 제안하는 컨버터 7
• 제1절 시스템 분석 7
• 제2절 컨버터의 제어 8
• 제3절 𝐷𝐵 = 0에서 컨버터의 동작 10
• 제4절 0 < 𝐷𝐵 < 0.5에서 컨버터의 동작 12
• 제5절 𝐷𝐵 = 0.5에서 컨버터의 동작 19
• 제3장 설계 예시 21
• 제1절 제안하는 컨버터의 프로토타입 21
• 제2절 변압기의 권선비 22
• 제3절 공진 인덕터 24
• 제4절 자화 인덕턴스 27
• 제5절 소자 공차의 영향 29
• 제6절 턴 오프 전류의 비교 29
• 제4장 실험 결과 31
• 제1절 실험 구성 31
• 제2절 프로토타입 실험 결과 33
• 제5장 이전 연구와의 비교 42
• 제6장 결론 44
• 참고문헌 45
• 부록 49
• ABSTRACT 53