컨버터 특성 해석 및 시뮬레이션

소개글

벅 컨버터, 부스터 컨버터, 벅-부스터 컨버터에 대한 특성 및 관련이론을 정리하였다.
그리고 벅 컨버터를 이상적, 비이상적, 평균화된 조건에서의 각각 pspice를 통한 시뮬레이션 결과를 정리하였다.

목차

1.관련 이론
1.1 벅 컨버터
1.2 부스터 컨버터
1.3 벅-부스터 컨버터

2.PSpice simulation
2.1 이상적인 벅 컨버터
2.2 비이상적인 벅 컨버터
2.3 평균화된 벅 컨버터

본문내용

위 벅 컨버터 회로는 아래의 파라미터를 가지고 있다.

Vs = 50V
L = 1mH
C = 100uF
R = 4Ω
D = 0.4
스위칭 주파수 = 5kHz

아래의 시뮬레이션 결과 인덕터 전류 및 커패시터 전압에 대한 프로브 출력을 나타내고 있다. 그림에서 알 수 있듯이 정상상태시의 주기적인 동작에 앞서서 회로의 과도응답이 나타난다.
프로브 출력에서 정상상태 부분을 살펴보면 출력전압의 평균값이 20V이고 출력맥동의 첨두 대 첨두 값이 0.6V이며, 인덕터 전류가 평균값 5A를 중심으로 하여 약 3.7A ~ 6.1A 범위에 있음을 알 수 있었다.
이 결과는 이상적인 벅 변환기에서 수식적으로 구한 결과와 일치한다.
정상상태에 도달하는 시간을 줄일 수 있는 방법 중 하나는 정상상태일 때 예상되는 인덕터 전류 및 커패시터 전압의 값을 초기조건으로 놓는 것이다. 커패시터 전압의 초기값은 입력전압과 듀티비로 계산한 출력전압으로 하고 인덕터 전류의 초기값은 관련 전류식으로 계산한 인덕터 전류의 평균값 또는 최소값으로 하면 좋다.

1.2 비이상적인 벅 컨버터
위 벅 컨버터 회로는 아래의 파라미터를 가지고 있다.

Vs = 50V
L = 1mH(0.4 Ω의 직렬저항 있음)
C = 100uF(0.5 Ω의 등가직렬저항 있음)
R = 4Ω
D = 0.4
스위칭 주파수 = 5kHz

아래의 시뮬레이션 결과와 같이 프로브 출력에서 정상상태 부분을 살펴보면 다음과 같은 결과를 얻었다.
출력전압에서 평균값은 16.9V 이며 맥동의 첨두 대 첨두값은 1.09V이다. 인덕터 전류는 3.06A~5.41A 범위내에 있다.
프로브에서 AVG(V(4)*I(R))을 입력하면 평균 출력 전력이 약 71W이고 AVG(V(1)*(-I(VS))를 입력하면 평균 입력 전력이 야 85W임을 알 수 있다. 따라서 변환기의 효율은 71/85 = 약 0.84, 즉 84%이다.

시뮬레이션의 정확도를 높이려면 BJT나 MOSFET과 같은 스위치에 대한 좀 더 정확한 모델를 사용하여야 한다.

참고 자료

없음