평면 변압기 설계 및 DPS 제어 기법을 적용한 고효율 및 고출력 밀도 DAB 컨버터의 최적화에 관한 연구 = Design and Optimization of High-power Density DAB Converter with Planar Transformer and Dual Phase Shift Control

국문 초록 (Abstract)

제 목 : 평면 변압기 설계 및 DPS 제어 기법을 적 용한 고효율 및 고출력 밀도 DAB 컨버터의 최적화에 관한 연구

본 논문은 평면 변압기 설계 및 DPS 제어 기법을 적용한 DAB 컨버터 의 최적화에 관한 연구로써, 고효율 및 고출력밀도 달성을 위해 하드웨어 구조 최적화와 소프트웨어 알고리즘의 유기적 융합 설계 방법론을 제안한다. 최적화 설계 및 시뮬레이션을 통한 검증 그리고 시제품 제작을 통한 하드웨 어 및 소프트웨어 동작을 통해 제안하는 DAB 컨버터의 성능을 검증하였다.

최근 EV 시장은 V2G/V2L 수요 부상으로 고전력 밀도 및 고효율 사양 의 양방향 온보드 차저（OBC） 도입이 필수적이다. 이와 함께 시스템 체적 의 30% 이상을 차지하는 자성 부품의 부피 축소가 필수적이다. 기존 권선 형 변압기는 수직 높이가 비대하여 데드 스페이스를 유발하는 반면, 평면 변압기는 두께 압축을 통한 공간 최적화에 탁월하나 고주파 AC 저항 상승 및 열 집중에 취약하여 체적 성능과 손실 간의 다중물리적 상충 관계를 극 복해야 한다. 따라서 본 연구는 10.9kW급 양방향 OBC의 고출력 밀도화 를 위해 고정 주파수 DAB 컨버터 상에서 평면 변압기의 형상 변수 및 파라미터 매트릭스 최적화를 수행한다. 나아가 고도화된 이중 위상 천이 （DPS） 제어를 유기적으로 결합하여 하드웨어적 공간 제약과 손실 한계를 능동적으로 극복하는 통합 설계 방법론을 정립하고자 한다.

주요어 : OBC, DAB 컨버터, 평면 변압기, 파레토 최적화, DPS 제어

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 내용 3
• Ⅱ. 고전력 밀도 OBC를 위한 절연형 DC-DC 컨버터 토폴로지 분석 5
• 2.1 OBC 시스템 설계 개요 5
• 2.2 절연형 DC-DC 컨버터 토폴로지 장·단점 비교 7
• 2.3 CLLC 공진형 컨버터 분석 및 설계 한계 10
• 2.3.1 동작 원리 10
• 2.3.2 파라미터 설계 15
• 2.4 DAB 컨버터 분석 및 최적 설계 21
• 2.4.1 동작 원리 21
• 2.4.2 파라미터 설계 26
• 2.5 최종 토폴로지 선정 30
• 2.5.1 손실 분석 30
• 2.5.2 선정 결과 34
• Ⅲ. 평면 변압기 설계 및 최적화 36
• 3.1 평면 변압기 개요 및 특징 36
• 3.2 기존 권선형 변압기 비교 42
• 3.3 고주파 AC 손실 요소 분석 44
• 3.3.1 권선 구조에 따른 손실 영향 49
• 3.3.2 권선 폭에 따른 손실 영향 54
• 3.3.3 코어 깊이에 따른 손실 영향 59
• 3.3.4 코어 창 높이에 따른 손실 영향 65
• 3.4 시스템 설계 변수 최적화 71
• Ⅳ. DAB 컨버터 제어 기술 연구 74
• 4.1 위상 천이 제어 기술 분석 74
• 4.2 기존 DPS 제어 기법 한계점 78
• 4.3 제안하는 DPS 제어 기법 80
• 4.3.1 제어 변수 최적화 82
• 4.3.2 제어 변수 1차 선형화 91
• Ⅴ. 실험 및 검증 95
• 5.1 시제품 제작 및 실험 환경 구축 95
• 5.2 평면 변압기 설계 요소별 단품 특성 검증 99
• 5.3 평면 변압기 파라미터 기반 시스템 최적화 검증 113
• 5.3.1 코어 단면적 고정(턴 수, 주파수, 인덕턴스 가변) 113
• 5.3.2 턴 수 고정(주파수, 인덕턴스 가변) 120
• 5.4 제안하는 DPS 제어 기법 실험 및 검증 124
• Ⅵ. 결론 136
• 참고문헌 70
• Abstract 80