■
Transformer Isolation 을 갖는 DC-DC converter
입출력 절연(isolation)을 위해 변압기 고주파 를 사용한다( ) .
•
변압기 전압의 와 다중 출력을 제공
- ➜ flexibility
의 종류 Isolated version
•
의 의 저전력용
- Buck-Boost Converter isolated version : Flyback Converter (50~100W ) 의
- Buck Converter isolated version :
의 중전력용 Forward Converter, Push-Pull Converter, Half Bridge Converter(150~500W )
의 대전력용 Full Bridge Converter : (500 1500W∼ )
에서 변압기 사용시 고려할 점 변압기 자속의 포화를 방지해야한다
DC-DC Converter : .
•
변압기 core의 자속은 각 스위칭 주기의 끝에서 초기값으로 복귀해야 한다.
➜
즉, Magnetizing Inductance volt-second balance의 원리가 적용된다.
5-6 Forward Converter
➜ Buck Converter의 isolated version동작원리
5-6-1
• 변압기 사용
차측과 차측 절연 권선비
1 2 (
➜ )
• 기본동작 - 스위치 On
- 스위치 Off :
의 리플성분은 L-C 필터에서 제거되고
출력전압은 이 된다.
➜ Buck converter와 동일
실제적인 구성 5-6-2
• 3권선의 변압기 사용
차측 권선 차측 권선
1 N1, 2 N2, N3
➜
- N1, N2 (main winding)
부하에 에너지를 전달하는 역할
➜
- N3 (energy recovery winding) 각 스위칭 주기의 시작 전에
➜
자화전류를 zero로 만드는데 필요한 전류 path를 공급
• 변압기의 자화 인덕턴스를 고려해야함
ꀻ
정상상태 해석 5-6-3
인덕터 전류 [1]
가정 인덕터 전류는 연속이다
( ) : .
① 스위치 ON :
• 인덕터 전압
> 0 전류 상승
➜
• 인덕터 전류 에서 최소
에서 최대
➜
전류 변화량 전류리플( ) :
•
스위치 OFF :
②
자화 인덕터
- LM 에 흐르는 전류로 인해 다이오드 D3 도통 :
D1 Off
➜
다이오드 도통
- D2
• 인덕터 전압 :
➜ 전류 감소
• 인덕터 전류
에서 최대 , 에서 최소
➜
전류 변화량 전류리플( ) :
•
정상상태에서 인덕터 전류
* 의 증가 감소분은 같다, .
➜ : 입출력 전압 관계 (Buck과 동일)
자화 인덕터 전류
[2] ➜ 변압기 Core의 자속은 각 스위칭 주기의 끝에서 초기값으로 복귀해야 한다.
① 스위치 ON :
• 자화 인덕터 전압
> 0 자화전류 증가
➜
• 자화 전류는 t=0 에서 0으로 가정
➜
• 스위치 전류
② 스위치 OFF :
➜ 자화 인덕터 LM에 축적되었던 에너지가 를 통해 전원으로 반환된다
D3 .
• 자화 인덕터 LM 전압
< 0 자화 전류 감소
➜
• 전류 t=DT 에서 로 가정
➜ t=T 전에 =0이 되어야 한다.
( =0 인 시점을 이라 가정)
에서
➜ ➜
이어야 하므로 ➜ Duty ratio D의 최대값이 제한된다.
예) 이라면 =0.5 이다.
* 을 감소시키면 Duty ratio의 최대값은 증가하나 스위치 전압이 커진다.
스위치 전압
•
- :
전압 Source
➜ 보다 크다. ( 이라면 )
- :
커패시터 전압 [3]
컨버터와 동일 권선비만 추가됨
Buck ( )
➜
중전력 응용에 널리 사용
Forward Converter : (150~500W)
￭
변압기의 Core는 작아도 된다 부가적인 인덕터가 필요하다. . 스위치에 인가전압이 입력 전압보다 크다.
5-7 Flyback Converter
➜ Buck-Boost Converter동작원리 5-7-1
• 절연 특성을 무시하면 Buck-Boost Converter에서 인덕터 L이 변압기의 Lm으로 대치되고 스위치의 위치가 위에서 아래로 바뀐 것이 다르고 모든 회로 구성 동일 ( 변압기의 Lm이 에너지 저장요소)
정상상태 해석 5-7-2
자화 인덕터 전류 [1]
① 스위치 ON :
< 0 Diode off,
➜ = 0 , = 0
커패시터가 부하전류 공급
➜
- 자화 인덕터 전압
> 0 전류
➜ 증가 에너지 축적,
- 자화 인덕터 전류 : 연속으로 가정 에서
t=0 ,
에서
t=DT 라 하면
➜
전류 변화량 전류리플( ) :
•
② 스위치 OFF :
➜ Flyback period - 자화 인덕터 전압
< 0 전류
➜ 감소
자화 인덕터 전류 -
에서
t=DT , t=T에서 라 하면
•전류 변화량 전류리플( )
정상상태에서 인덕터 전류의 증가 감소분은 같다
* , .
➜ : 입출력 전압 관계
와 동일 (Buck-Boost Converter )
자화 전류의 평균값
￭
입력 전력 출력 전력 이므로 손실 무시
“ = ” ( ) ➜
여기서, 입력전류 , 이므로
∴ ➜ 출력전류보다 크다.
최대 최소 자화전류
- , :
스위치 전압
￭
전압보다 크다
Source .
➜
커패시터 전압
[3] : Buck-Boost 컨버터와 동일
출력전류의 평균값 다이오드 전류의 평균값
- =
( )
특징
￭
구성부품이 간단 다중 출력 구성에 유리
- , Low cost,
변압기의 는 용량에 따라 증가한다
- Core .
전류가 변압기와 커패시터에 흐른다
- High ripple .
효율이 나빠짐
➜
미만의 저전력 응용에 사용 150W
➜
스위치 및 다이오드 최대 전압 비교
*
종류 스위치 다이오드
Buck Boost
Buck-Boost + +
Cuk Flyback
+ +
Forward 또는
D1 D2 D3
* Push-Pull Converter
개의
- 2 Forward converter 구성
변압기 자속은 양방향 -
스위치 전압이 크다
- .
의 중전력용 - 150~500W
* Half Bridge Converter
의 중전력용 - 150~500W
* Full Bridge Converter
의 대전력용 - 500 1500W∼
Power Supply Control
￭
입력전압 변동이나 부하 변동에 대해 출력 전압이 일정하게 하도록 - Feedback control :
를 조절 Duty ratio
를 사용한 제어
* Chopper DC motor
