KR20200059810A - 불연속 버스트 모드를 이용한 고압 smps - Google Patents

Abstract

고압입력을 이용한 저출력용 SMPS에서 특히 경부하 시 스위칭 과도손실분으로 인하여 고효율화가 어려운 실정이다. 본 발명은 저출력용 고압 SMPS 제어를 위해 일반적인 전류제어 관점에서 탈피하여 전력제어 관점에서 스위칭을 행하는 새로운 개념의 스위칭 기법을 제안한다

Description

불연속 벌스터 모드를 이용한 고압 SMPS{High pressure SMPS using discontinuous vuller mode}

저출력용 고압 SMPS 제어를 위해 일반적인 전류제어 관점에서 탈피하여 전력제어 관점에서 스위칭을 행하는 새로운 개념의 스위칭 기법을 제안. 방전저항과 초기충전회로 및 전압검출회로를 SMPS에서 하이브리드화

넓은 입력전압 변동범위에서 동작하는 저출력용 HVDC MMC용 제어전원용 SMPS에 적합한 2단방식의 SMPS구조를 제안하고, 저출력용 고압 SMPS 제어를 위해 일정 에너지제어 관점에서 스위칭을 행하는 새로운 개념의 일정 에너지 스위칭 기법

본 발명의 목적은 고압입력을 이용한 저출력용 SMPS에서 특히 경부하 시 스위칭 과도손실분으로 인하여 고효율화가 어려워 저출력용 고압 SMPS 제어를 위해 일반적인 전류제어 관점에서 탈피하여 전력제어 관점에서 스위칭을 행하는 새로운 개념의 스위칭 기법을 제안한다.방전저항과 초기충전회로 및 전압검출회로를 SMPS에서 하이브리드화 한다면 시스템효율 상승에 도움이 될것으로 사료

넓은 입력전압 범위를 갖는 HVDC MMC용 제어전원용 SMPS에 적합한 감압 컨버터와 플라이백 컨버터가 결합한 2단방식의 SMPS구조를 제안하고, 입력전압 변동에 강인한 일정 에너지제어를 출력할 수 있는 새로운 스위칭 기법을 제안하였다.

제안된 방식 감압컨버터의 제어방식은 불연속 전류제어모드에서 일정 에너지를 출력할 수 있는 스위칭 방식이며 출력전압 제어는 출력전압을 검출하여 불연속 주파수 제어에 의해 행해진다. 시뮬레이션 결과 100[%]부하 변동 시에도 비절연형 감압컨버터의 출력전압은 변동없이 안정적으로 동작함을 알 수 있었으며, 절연형 플라이백 컨버터는 일정 입력 전압에서 일정출력 전압을 출력하므로 고효율화가 가능할 것으로 사료된다.

도 1은 MMC의 구조 및 SMPS의 회로도이다
도 2는 제안된 고압 SMPS 블록도이다
도 3은 제안된 고압 SMPS구조 회로도이다
도 4는 감압형 컨버터 회로도이다
도 5는 시뮬레이션 회로도이다

도 1은 Half-bridge type MMC의 구조와 보조전원인 SMPS의 역할을 나타내고 있다. 현재 MMC의 전압은 고압화 추세에 있으며, 방전저항 Rd와 Bypass 사이리스트 및 기계적 스위치로 구성되어 있다. 또한 HVDC 주제어기는 직렬로 연결된 각 MMC의 전압 밸런싱 제어가 필수적이다. 효율적 구동을 위해 입력전압이 변동하더라도 일정 출력전압을 출력하는 비절연형 감압컨버터를 이용하고 일정 입력전압으로 구동되는 일정 출력전압을 형성하는 절연형 플라이백 컨버터를 사용하는 2단 방식의 전력변환기 개념도를 도 2와 같이 제안한다 도 2에서 입력전압이 500[V]에서 3,000[V]가 변하드러도 출력전압은 300[V]로 정전압을 유지하는 비절연형 감압컨버터를 사용한다. 절연형 플라이백 컨버터는 300[V] 정전압에서 24[V] 정전압으로 제어하게 된다. 또한 초기 충전회로는 초기에만 동작하도록 한다.

도3은 안된 고압용 SMPS의 파워부 토폴로지를 나타내고 있다. 감압용 비절연 컨버터는 일반적인 Buck 컨버터로 구성하였으며, 절연형 플라이백 컨버터는 소프트 스위칭이 가능한 새로운 플라이백 컨버터로 구성하였다.

도 4는 비절연형으로 사용된 감압형 컨버터를 나타내고 있다. 본 컨버터의 연속모드에서 입력전압 500[V] - 3,000[V]에서 출력전압 300[V]로 유지하기 위해서는 시비율(d)이 0.6-0.1이되고, 약 46[W] 출력을 발생하기 위한 인덕터의 평균전류는 약 155[mA]가 된다. 연속모드로 제어할 경유 연속모드 조건은 식 (1) 과 같다.

(1)

식 (1)의 의해 인덕터를 산출할 경우 인덕턴스 값은 매우 큰 값이 된다. 컨버터는 큰 시정수를 갖게 되어 입력전압 또는 부하변동에 따른 안정적인 출력 유지에는 어려움이 있다. 또한 인덕터의 평균전류가 적은관계로 스위치소자의 과도손실은 전체손실에서 크게 나타나는 단점이 있다. 따라서 컨버터를 불연속모드로 동작한다.

도 5는 뮬레이션 결과로 그림 5(a)는 출력파워와 출력전압을 나타내고 있다. 그림에서 보듯이 출력이 20[W]에서 40[W]가 변화더라도 출력전압은 10[ms]후 안정된 전압을 형성함을 알 수 있다. 그림 5(b)는 비절연형 감압컨버터와 절연형 플라이백 컨버터의 스위칭 시비율을 나타내고 있다. 감압컨버터는 일정 에너지를 전달하기 위해 입력전압 변동에 따라 시비율이 0.05에서 0.45로 변하여 출력전압을 300[V]로 안정적으로 형성하고, 절연형 프라이백컨버터는 정 전압입력에서 정전압 출력이 되도록 시비율이 변하게 된다. 그림 5(c)는 플라이백 컨버터 RDC 스너버의 전압을 나타내고 있으며 전압은 약 120[V]로 나타났다.

Claims (1)

1. 방전저항과 초기충전회로 및 전압검출회로를 SMPS에서 하이브리드화하며 HVDC 주제어기는 직렬로 연결 된 각 MMC의 전압 밸런싱 제어
   
   

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