새로운 DAB 컨버터 설계

박해찬,김일송 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2016 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.6 No.1

This study aims to find a new technology of bi-directional converter for battery electric power storage device. The generally DAB(Dual Active Bridge) Converter is connected with switch(8), transformer(1) and inductance(1). It can constitute a large-capacity/low-voltage battery with ten times higher step-up/step-down ratio and soft-switching function. To obtain Step-up/step-down ratio 10 times higher and Soft-switching function to achieve a high efficiency, the toplogy is able to compose the high capacity/low voltage battery. It operates efficiently the proposed DAB converter better than the DAB converter from coupling inductance. The toplogy is operated during charge buck converter operation and during discharge boost converter operation. This experiment can be applied to the study of the system for boosting the voltage of a future ESS, BESS the UPS. It toplogy can use operating Voltage Source Control and Current Source Control. This paper proves to use computer simulation that is PSIM and is excellent control system. 본 연구는 배터리 전력저장장치(BESS)를 위한 새로운 양방향 컨버터에 대한 기술이다. 제안된 토플로지는 일반적으로 사용되고 있는 DAB(Dual Active Bridge) 컨버터의 효율을 더 높일 수 있게 설계되었다. DAB Converter는 스위치 8개, 변압기 1개, 인덕턴스 1개로 구성하고 10배 이상의 높은 승/강압비, soft-switching 기능으로 대용량/저전압 배터리를 구성할 수 있다. LV(Low-Voltage)단에 커플링-인덕턴스를 연결해 충전시 벅(Buck Converter)동작하고, 방전시 부스트(Boost Converter)동작하는 양방향 컨버터를 설계했다. 커플링 인덕턴스로 이전의 DAB Converter보다 효율적으로 승/강압한다. 이 실험은 차후 ESS, BESS와 UPS의 전압을 승압시키는 시스템의 연구에 적용될 수 있다. 이 토플로지는 LV단에 커플링 인덕턴스로 일반적인 DAB Converter 와는 달리 VMC(Voltage Mode Control) 외에도 CMC(Current Mode Control) 이 가능하다. 실험은 컴퓨터 시뮬레이션인 PSIM을 사용하여 제어 시스템 성능이 우수하다는 것을 입증하였다.

단상 부스트 PFC 컨버터의 제어 기법 리뷰: 평균 전류 모드 제어, 예측 전류 모드 제어 및 모델 기반 예측 전류 제어

고현준(Hyeon-Joon Ko),최영준(Yeong-Jun Choi) 한국컴퓨터정보학회 2023 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.28 No.12

부스트 PFC (Power Factor Correction)컨버터는 AC 입력 전류의 단일 역률과 낮은 THD (Total Harmonic Distortion)를 달성하기 위해 다양한 제어기법들이 연구되고 있다. 그중 인덕터 전류의 평균값을 전류지령에 추종하도록 제어하는 평균전류 모드 제어가 있으며 가장 널리 사용되고 있다. 하지만, 오늘날 디지털 프로세서의 발달로 고도화된 디지털 제어가 가능해지면서 부스트 PFC 컨버터의 예측제어가 관심을 받고 있다. 예측제어에는 예측 알고리즘으로 듀티를 미리 생성하는 예측전류 모드 제어 및 모델을 기반으로 한 비용함수를 선정하여 스위칭 동작을 하는 모델예측제어로 분류된다. 따라서 본 논문에서는 부스트 PFC 컨버터의 평균전류 모드 제어, 예측전류 모드 제어, 모델예측 전류 제어를 간단히 설명한다. 또한, 시뮬레이션을 통해 전체 부하 및 다양한 외란 조건에서의 전류 제어를 비교 분석한다. For boost PFC (Power Factor Correction) converters, various control methods are being studied to achieve unity power factor and low THD (Total Harmonic Distortion) of AC input current. Among them, average current mode control, which controls the average value of the inductor current to follow the current reference, is the most widely used. However, nowadays, as advanced digital control becomes possible with the development of digital processors, predictive control of boost PFC converters is receiving attention. Predictive control is classified into predictive current mode control, which generates duty in advance using a predictive algorithm, and model predictive current control, which performs switching operations by selecting a cost function based on a model. Therefore, this paper simply explains the average current mode control, predictive current mode control, and model predictive current control of the boost PFC converter. In addition, current control under entire load and disturbance conditions is compared and analyzed through simulation.

소형 태양광 시스템 부스트 컨버터의 효율 분석

이국선(Kook-Sun Lee),최익(Ick Choy),최주엽(Ju-Yeop Choi),안진웅(Jinung An),이동하(Dong-Ha Lee) 한국태양에너지학회 2009 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11월

It is important to know character about efficiency of converters before manufacturing it. Recently, various techniques are developed for solar array system. Converters can be used for control of solar array's condition. So, solar array with converter structures are very useful. If we want to measure converter's efficiency after manufacturing it. It's not difficult if we have measuring equipment. But we need to measure efficiency before realization converters for development of optimized efficiency and simulations. This research offers an efficiency calculation of single phase hard switching boost converter. And it is the most basic type of converters. In fact, it can be used techniques for getting higher efficiency like soft-switching and more. But the cost is an important issue in compact solar array system. One way to escape from the cost problem is finding optimized efficiency of basic types of convener.

넓은 부하 범위에서 전압 추종형 제어에 의한 고역률 부스트 컨버터의 설계와 분석

이성백 광운대학교 신기술연구소 1999 신기술연구소논문집 Vol.28 No.-

본 논문에서는 넓은 부하 범위를 가지는 전압 추종 제어에 의한 고역를 부스트 컨버터를 제시하였다. 제시 한 컨버터는 저전력 스위칭 모드 전원(SMPS)에 적용이 용이하고 1에 가까운 역률을 갖는다. 제시한 컨버터에서 스위칭 주기의 온 구간은 주어진 입출력 조건하에서 출력 전압 오차 값에 의해 결정되고, 오프 구간은 영전류 스위칭에 의해 전류의 하강 시간으로 결정된다. 그 결과, 입력 전류가 입력 전압을 추종하는 전압 추종형 제어를 한다. 일반적인 전류 제어 방식에 비해 전압 추종형 제어 방식은 궤환되는 파라미터가 적기 때문에 간단한 구조의 제어 회로, 제어의 용이함 그리고 높은 신뢰도의 장점을 갖는다. 컨버터를 이용한 능동 역률 보정은 소자 파괴의 위험을 저감시킬 수 있고, 또한 높은 전력 이용률을 갖게 된다. 본 논문에서는 제안한 컨버터의 설계를 위하여 동작 특성의 세부적인 분석과 실제 설계상의 문제를 고려한 컨버터 구현에 중점을 두었다. 실험은 입력 전압 80[V_AC]∼130[V_AC], 최대 출력 100[W]그리고 출력 전압 200[V_DC]의 조건하에서 이루어졌다. 고정 부하 가변 입력조건과 고정 입력 가변 부하조간에서 역률 보정과 출력이 일정하게 유지됨을 확인하였다. In this paper, the high power factor boost converter controlled by voltage-follower mode was proposed in the wide range of load. The proposed converter is useful in SMPS applications and the PF(Power Factor) is nearly unity. The on- time and the off-time of switching period are determined by the output of error amplifier and the falling time of the current by zero current switching respectively. As a result, the voltage~follower control by which Input current tracks input voltage is performed. Since it bas a few feedback parameters, the voltage-followe control mode has advantages of more simple structure in control circuit, easier control and higher fidelity than general current control mode. The active PFC using converter has less danger of element failure and higher utilization of power In design of the proposed converter, we emphasize analysis of the operation characteristics and practical implementation of the converter. The experimental system is tested in the conditions of 80 ∼ 130[V_ac]in input voltage, 100[W]in maximum output power and 200 [V_DC]in output voltage. We confirmed that the power factor correction and voltage was fixed in the conditions of variable load during fixed input voltage.

Power Balance 조건을 이용한 부스트 컨버터의 효율 분석

이국선(Lee Kook-sun),최익(Choy Ick),최주엽(Choi Ju-Yeop),송승호(Song Seung-Ho),안진웅(An Jin-ung) 한국태양에너지학회 2011 한국태양에너지학회 논문집 Vol.31 No.2

Solar array has the following nonlinear characteristic, such as whose output current increases, output voltage is reduced. For this reason, boost converter with solar array system is always controlled to remain on the maximum power point of the solar array. In this case, we are not focused on the output of the solar array and not consider efficiency of the boost converter, which is assumed reliable. But efficiency of the converter also should be considered, which affects the total efficiency of the overall solar energy system. In this paper, efficiency calculation of the boost converter using power balance method is proposed, which will be used for a powerful reference before hardware realization.

새로운 디지털 PWM 제어기법에 의한 입력 역률 개선형 AC/DC 부스트 컨버터의 구현

최년배(Nyeon-Bae Choe) 산업기술교육훈련학회 2011 산업기술연구논문지 (JITR) Vol.16 No.3

This paper proposes a new AC/DC boost converter which improves the PFC(Power Factor Correction) and low current harmonic components of 3-level single-phase boost converter by a novel digital PWM(Pulse Width Modulation) control algorithm with two main switch. The conventional main switch of single-phase boost AC/DC converter operating in PFC is used only one switch to control the input wave-shape and to regulate output voltage. The advantage of proposed circuit has small size of low blocking voltage because two power switching devices for generating three-level voltage pattern. The digital PWM patterns of two main switching devices are controlled to force the main current following the sinusoidal current and unit power factor. Also, the control scheme is based on the current comparator, capacitor compensator and voltage region detector. Experimental results show the veridity of the proposed digital control method of AC/DC boost converter for input power factor correction.

부스트 컨버터의 모델링과 단일 루프 & 이중 루프 제어기의 성능 비교

조영민(Jo Yeong-Min),이주아(Lee Ju-A),김용래(Kim Yong-Rae),김수빈(Kim Soo-Bin),송승호(Song Seung-Ho),최주엽(Choi Ju-Yeop) 한국태양에너지학회 2021 한국태양에너지학회 논문집 Vol.41 No.4

To maximize the amount of power generated in a photovoltaic inverter, MPPT (Maximum Power Point Tracking) is an essential function of a photovoltaic (PV) inverter. A PV inverter generally consists of a DC/DC converter (boost converter) and a DC/AC inverter. For stable MPPT control, the controller of the boost converter must be properly designed. In this study, the nonlinear characteristics of solar cells were linearized and modeled for a proper controller design, and an analog controller was designed using MATLAB and converted into a digital controller. The controller was simulated using a designed controller based on PSIM, and the performances of a single-loop controller and dual-loop controller were compared. In addition, the performance of the controller was verified and compared experimentally by applying the designed controller to a commercial PV inverter.

경부하 시, 부스트 PFC 컨버터의 전류 제어 비교 분석

김주일(Juil Kim),최영준(Yeong-Jun Choi) 한국컴퓨터정보학회 2024 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.29 No.6

본 논문은 부스트 PFC (Power Factor Correction) 컨버터의 경부하시, 컨버터의 인덕터 전류 왜곡을 수학적으로 분석하고 원인을 정의한다. 경부하시 평균 전류 모드제어에서 인덕터 전류가 불연속적으로 도통하게 되어 부정확한 인덕터 전류 평균값이 전류 제어에 반영된다. 예측 전류 모드제어에서는 인덕터 전류에 비해 전류 리플이 상대적으로 커져 전류 왜곡이 심해진다. 또한 모델 예측 전류제어의 경우 인덕터 전류의 첨두치 부근에서 스위치가 OFF된다. 인덕터 전류 왜곡은 total harmonic distortion 증가와 역률 감소를 유발하기 때문에 반드시 해결되어야 한다. 본 논문은 수학적 분석을 기반으로 부스트 PFC 컨버터의 경부하시 전류 왜곡을 완화할 수 있는 설계 절차를 선정한다. 마지막으로 hardware-in-the-loop simulation을 사용하여 경부하시 제어 방법들을 비교분석했다. In this paper, the inductor current distortion in a boost PFC (Power Factor Correction) converter under light load is mathematically analyzed, and its reasons are defined. In the average current mode control under light load, the inductor current is discontinuous, resulting in an inaccurate inductor current average value being reflected in the current control. In predictive current mode control, the current ripple is relatively large compared to the inductor current, leading to severe current distortion. In addition, the switch is turned off near the peak of the inductor current when model predictive current control is applied. Inductor current distortion must be addressed because it leads to an increase in total harmonic distortion and a decrease in power factor. In this paper, the design procedure to mitigate the light load current distortion in boost PFC converter is selected based on the mathematical analysis. Finally, a comparative analysis of control methods under light load is performed using hardware-in-the-loop simulation.

태양광용 부스트 컨버터의 디지털 제어기 설계

임지훈(Im Ji-Hoon),최주엽(Choi Ju-Yeop),송승호(Song Seung-Ho),최익(Choy Ick),정승환(Jeong Seung-Hwan),안진웅(An Jin-Ung),이동하(Lee Dong-Ha) 한국태양에너지학회 2010 한국태양에너지학회 논문집 Vol.30 No.6

In photovoltaic system, the specifications of solar array is changed as open circuit voltage and short circuit current because of cell temperature and solar radiation. A boost converter of this system connects between output of photovoltaic system and DC link capacitor of grid connected inverter as controlling duty ratio. Therefore to supply stable voltage to the grid, a boost converter is need to keep certain voltage output. Considering the capacitance and the resistance of boost converter, this paper designed proper digital controller.

3개의 양방향 벅-부스트 컨버터를 이용한 3상 인버터 시스템

김성영(Kim, Sung-Young),남광희(Nam, Kwang-Hee) 한국신재생에너지학회 2006 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2006 No.06

An inverter system which consists of three bi-directional buck-boost converters, is proposed for motor driving. Three phase sinusoidal output voltages can be generated by utilizing three buck-boost converters. The advantage of this scheme is that it does not require a separate DC-DC converter for motor driving, i.e. inverter function is combined into the three DC-DC converters. This topology is suitable for inverters for hybrid or fuel cell vehicles where DC link voltage is subject to change depending upon charging status or output power. So the proposed system is capable of driving motor at high speed. The converter system is controlled by PI controller and simulation results done by MATLAB SIMULINK are provided.