Introduction to Power Electronics

Introduction to Power Electronics by D. W. Hart

Chapter 6-2. Non-isolated DC to DC

Converters

4 3

1 Cuk Converter

불연속 전류 동작 (Boost Converter) 불연속 전류 동작 (Buck Converter)

Contents

2 변환기의 성능에 이상을 주는 비이상적 요소

Cuk Converter 2

 출력전압의 크기는 입력보다 클수도 있고 작을 수도 있다.

 출력의 극성이 입력의 극성과 반대이다.

 입력측의 인덕터는 직류전원에 대해 필터로 작용하여 고조파 성분을

감소시킨다.

 커패시터 C¹이 에너지를 전달한다.

Cuk Converter 3

 회로 해석을 위한 전제 조건

1. 두 인덕터가 매우 커서 인덕터에 흐르는 전류가 일정하다.

2. 두 커패시터가 매우 커서 커패시터 양단간의 전압은 일정하다.

3. 회로는 정상상태에서 동작하며 따라서 전압 및 전류의 파형이 주기적이다.

4. 스위칭 주기는 T이며, 스위치는 DT동안 닫혀있고 (1-D)T 동안 열려있다.

5. 소자들은 이상적이다.

Cuk Converter 4

 스위치가 닫혔을때의 해석

스위치가 닫혀 있으면 다이오드는 꺼진 상태가 된다. 이 경우 C¹에 흐르는 전류는

 우선 C¹ 양단의 전압은 평균적으로

1

C S O

V  V  V

1 2

( i

)

  I

 스위치가 열려있을때의 해석

L¹ 과 L²의 전류가 다이오드를 켜지게 한다.

1 1

( i

)

 I

Cuk Converter 5

 부하에서 소모되는 전력은 공급전력과 같다.

2 1

S O

O L S L

P P

V I V I



 

 커패시터에서 한주기 동안의 평균전류는 0임을 이용하여,

1 1

2 1

1 2

[( ) ] [( ) ](1 ) 0

(1 ) 0

1 1

C closed C open

L L

O L

L S

i DT i D T

I DT I D T V

I D D

I D V D

  

   

 

        

Cuk Converter 6

 출력측의 소자(L² ,C² 및 R)는 Buck Converter 와 동일하고 인덕터 전류도 Buck Converter 에서와 같다. 따라서 출력전압의 변동도 같다.

2 2 2

1 8

O O

V D

V L C f

  

 C¹ 에서의 맥동은 v^C1의 변화량으로부터 계산

1

1 1

1 1

1

2 2

1

1

1 (1 )

&

1

T L

C L

DT

L O

L O

L

O C

v I dt I D T

C C

V

I D

I I

I D R

v V D

RC f

   

  



 



Cuk Converter 7

 인덕터 전류의 변동은 스위치가 닫혀 있는 동안의 인덕터 전압으로부터 구할 수 있다.

1

1 1

1 1 1

1

1

1 1

L

L S

S

L L L

S S

L

v V L di dt

V

di i i

dt t DT L

V DT V D

i L L f

 

 

  



  

2 1

2 2

2 2 2

2

2

( )

L O C O S O

L S

L L L S

S S

L

v V V V V V

V L di dt

V

di i i

dt t DT L

V DT V D i

    

 

 

  



  

Cuk Converter 8

 L¹ 인덕터 전류의 연속조건

L1 L1

1

1,max 1

1 1

1,min 1

1

2

1,min L1

1 2 1,min

I I

2 2

2 2

0 by using I ,

2 1

(1 ) 2

S

S S S S

S

S S

L

L L

S

S S

L

L L

S

S S O O

L S S S

S S

P V I V P

V P V D I I i

V L f P V D I I i

V L f

P V D V V D

I V I V

V L f R V D

L D R

Df

  

     

    

 

          

 

THE SINGLE-ENDED PRIMARY INDUCTANCE CONVERTER

(SEPIC)

s L1 C1 L2

s C1

C1 s

V v v v 0

V 0 V 0 0

V V

    

    



THE SINGLE-ENDED PRIMARY INDUCTANCE CONVERTER

(SEPIC)

Switch Closed, Diode Off

Switch Open, Diode On

L1 s

v  V

s L1 c1 o

c1 s

L1 o

V v v V 0

v V

v V

    



 

THE SINGLE-ENDED PRIMARY INDUCTANCE CONVERTER

(SEPIC)

  ^{ }   ^{ }

   

L1

L1, sw closed L1, sw open

s o

o s

V 0

v DT v 1 D T 0

V DT V 1 D T 0 V V D

1 D



  

  

 

     

연속전류 동작 모드시 각 변환기의 관계식 요약