새로운 대용량 고승압에 적합한 듀얼 인덕터-전류공급형 DC/DC 컨버터

Abstract

본 논문에서는 기존의 듀얼 인덕터-전류공급 부스트 컨버터와 병렬 부스트 컨버터를 출력측에서 직렬로 연결한 형태인 새로운 듀얼 인덕터-전류공급형 부스트 컨버터를 제안한다. 연결된 두개의 컨버터는 각각의 파워링 경로를 가진다. 변압기 1차측에서 두개의 경로로 나뉘어지는 각각의 평균전류는 변압기의 n(턴비)의해 결정된다. 제안된 컨버터는 기존의 듀얼 인덕터-전류공급 부스트 컨버터와 비교해 아래와 같은 장점을 가진다. (a) 연결된 병렬 부스트 컨버터는 전압 클램핑 회로 기능을 가지므로 꺼진 스위치 양단의 전압 스파이크 현상을 줄일 수 있다. 이는 부가적인 스너버 회로가 필요없음을 의미한다. (b) 켜진 스위치로 흐르는 써지성 전류 문제도 사라진다. (c) 기존의 전류공급형 컨버터와 비교해 더 높은 입출력 전압이득를 가진다. (d) 병렬 부스트 컨버터는 두개의 스위치가 모두 꺼질 경우, 인덕터 전류의 경로를 형성하므로 시비율 0.5 이하에서도 동작이 가능하여 소프트 스타트가 가능하다. (e) 출력이 직렬로 연결되어 변압기의 크기를 줄일 수 있으며 2차측 정류 다이오드의 전압 rating을 줄일 수 있다. (f) 병렬 부스트 컨버터는 전류 불연속 모드에서 동작하므로 다이오드의 역회복 문제가 발생하지 않는다. 제안된 컨버터의 단점은 제어-출력 전달함수가 3개의 우반면 제로를 가지므로 위상여유 확보를 위한 복잡한 컨트롤러 설계가 요구된다는 점이다. 본 논문에서 제안된 컨버터의 동작원리, 이론적 분석, 정상상태 입출력 관계식, 상태 공간 평균화법에 의한 소신호 모델링 등을 제시한다. 48kHz, 42V DC 입력, 400V DC 출력의 400W급 프로토타입을 제작하여 실험한 결과로 제안된 컨버터의 특성과 유효성, 그리고 동작을 검증한다.