DC-DC 컨버터의 토폴로지에 대한 시뮬레이션

소개

DC-DC 컨버터의 각 토폴로지에 대한 해석 및 시뮬레이션

목차

1. 벅 컨버터 : Step-down (buck) converter
2. 부스트 컨버터 : Step-up (boost) converter
3. 벅-부스트 컨버터 : Step-down/up (buck-boost) converter
4. 척 컨버터 : Cùk converter
5. 포워드 컨버터 : Forward converter
6. 플라이백 컨버터 : Flyback converter
※ 참고문헌

본문내용

DC-DC 컨버터는 출력이 조정되는 스위치모드 DC전원장치와 DC전동기 구동에 널리 사용된다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 이러한 컨버터에 인가되는 입력은 주로 전원전압을 정류한 제어되지 않은 DC전압이며 따라서 전원전압의 크기가 변화함에 따라 변동되게 된다. 스위치모드 DC-DC 컨버터는 제어되지 않은 DC입력을 원하는 크기의 전압으로 제어된 DC출력으로 변환하는 데에 사용된다.
이러한 컨버터의 사용 예를 살펴보면 스위치모드 DC전원장치에서는 이 컨버터가 흔히 전기적인 절연변압기와 함께 사용되지만 DC전동기 구동의 경우에는 절연변압기가 거의 사용되지 않는다. 본 논문에서는 다음과 같은 DC-DC 컨버터에 대해 고찰해 볼 것이다.

1. 벅 컨버터 : Step-down (buck) converter
2. 부스트 컨버터 : Step-up (boost) converter
3. 벅-부스트 컨버터 : Step-down/up (buck-boost) converter
4. 척 컨버터 : Cùk converter
5. 포워드 컨버터 : Forward converter
6. 플라이백 컨버터 : Flyback converter

이 여섯 가지 컨버터 중에서 벅 컨버터와 부스트 컨버터만이 기본적인 컨버터 구조이다. 벅-부스트 컨버터와 척 컨버터는 이 두 가지 기본적인 구조의 조합이다. 본 논문에서는 위에 열거한 컨버터 중에서 척 컨버터를 제외한 나머지 컨버터들에 대해서 알아볼 것이다. 스위치들은 이상적인 것으로 취급하며 유도성 소자와 용량성 소자에서의 손실은 무시한다. 이러한 손실로 인하여 컨버터중 일부는 동작상 능력의 제한을 받을 수 있는데 이것은 별도로 알아보기로 한다.
컨버터에 인가되는 DC입력전압은 내부 임피던스가 영이라고 가정할 것이다. 축전지 전원이 이러한 것으로 취급될 수 있다. 그러나 대부분의 경우에 입력은 그림1에 나와 있는 것처럼 내부임피던스와 DC전압원의 맥동을 낮추기 위해 AC전원전압을 다이오드로 정류하고 대용량의 커패시터로 필터링한 것이다.
컨버터의 출력단에 설치하는 소용량의 필터는 DC-DC 컨버터에서 필수적이다. 출력은 스위치모드 DC전원의 경우에서와 같이 등가저항으로 나타내어진 부하에 전력을 공급한다고 본다. 이러한 컨버터의 다른 응용처인 DC전동기 부하는 전동기 권선의 저항과 인덕턴스에 DC전압이 직렬로 접속된 것으로 나타낼 수 있다.

참고자료

· 노의철, 정규범, 최남섭,『전력전자공학』, 문운당, 1997년 2월
· Jal P. Agrawal,『전력전자시스템』, 사이텍미디어(희중당), 2002년 4월
· 서영주,『PSPICE와 PSIM 시뮬레이션 중심의 전력전자공학』, 동일출판사, 2002