영전류-전압 PWM 제어 기법을 이용한 벅 컨버터에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In a switching power supply the high frequency switching makes the passive components small, but the losses and the stresses of switches are increased by the switching frequency. Therefore, zero crossing switching technology using resonant is used to improve defect in high switching. In generally, zero crossing switching consists of Zero Current Switching(ZCS) and Zero Voltage Switching(ZVS).
In ZCS, voltage and overlapped current are almost zero, and there are no switching losses. When the switch is off, surge voltage is reduced because resonant inductance L_γ absorbs the parasitic inductance in switch. In ZVS, voltage of switches resonated sinusoidally at off and for voltage of switch is trasient in zero and switching losses is zero. Parasitic inductance and capacitance are absorbed in resonant state. Surge current and surge voltage are removed at on transient and at off trasient respectively. however, ZCS and ZVS can ve occured that load and input voltage are matched in come conditions Therefore, it has used two switching technique to switch in the wide-load range and the high frequency.
This paper proposes buck converter that uses new ZC-ZVS PWM control technique. Comparing with conventional ZVS PWM Converter, The proposed converter operates in the wide-load range. In hard load, this proposed converter operates like a conventional ZVS switching, but it operate like ZCS in light load. Simulation results using Pspice program about test circuit with rated 100W(20V, 5A) at 30KHz and experiment result under same condition were described in this paper.

국문 초록 (Abstract)

국문요약


스위치 전원장치에서 고주파 스위칭을 함으로써 수동 소자들의 크기를 소형화시킬 수 있
는 반면에 스위칭 주파수가 높아질수록 스위치에서는 손실과 스트레스가 증가한다. 따라서,
고속 스위칭시 이러한 단점을 개선하기 위하여 공진을 이용한 제로 크로싱 스위칭 기법을
사용한다. 일반적으로 제로 크로싱 스위치 기법은 영전류 스위칭(Zero Current Switching,
ZCS)과 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching, ZVS)으로 구분된다.
영전류 스위칭시 전압과 중복되는 전류가 거의 0이므로 스위칭 손실이 거의 0이 된다.
또한, 스위치 내부의 기생 인덕턴스도 공진 인덕턴스 Lr에 흡수되므로 기생 인덕턴스에 의
한 off시 전압서지가 on · off 천이시 0점을 지나므로 스위칭 손실이 거의 0이다. 또한, 기생
인덕턴스 및 기생 캐패시턴스가 공진시 흡수되므로 on 천이시의 전류서지 및 off 천이시의
전압 서지가 제거된다. 그런데 영전류 스위칭과 영전압 스위칭은 부하와 입력전압이 어떤
조건에 만족할 경우에만 가능하다. 그러므로 넓은 부하 범위에서 높은 주파수로 스위칭하
기 위해서는 두 가지 스위칭 기법을 이용한 방법이 사용되고 있다.
본 논문에서는 새로운 ZC-ZVS PWM제어 기법을 이용한 벅 컨버터를 제안한다. 기존의
ZVS PWM컨버터와 비교해 볼 때, 제안한 컨버터는 넓은 부하 범위에서 동작한다. 이것은
정격 최대부하에서 기존의 영전압 스위칭과 같이 동작하고 경부하에서는 영전류 스위칭과
같이 동작한다. 30KHz에서 100W(20V,5A)의 정격을 갖는 간단한 실험회로에 대해서 Pspice
를 이용한 시뮬레이션 결과와 같은 조건의 실험결과를 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 Buck 컨버터의 동작 원리 3
• 제 3 장 영점 스위칭 컨버터의 동작 원리 7
• 3.1 영전압 스위칭 컨버터의 동작 원리 8
• 3.2 영전류 스위칭 컨버터의 동작 원리 14
• 3.3 제안한 영전류-전압 스위칭 컨버터의 동작 원리 20
• 제 4 장 시뮬레이션 25
• 4.1 모델링 25
• 4.2 시뮬레이션 결과 28
• 제 5 장 실험 및 고찰 31
• 5.1 전체 실험 장치 31
• 5.2 실험 결과 및 고찰 35
• 제 6 장 결 론 36
• 참고문헌 37