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목차
1. 개요
1.1. 목적
2. 시스템 구성
2.1. 과제1-Flyback Converter
2.1.1. schematic 및 설정
2.1.2. simulation 결과
2.1.3. 이론값 및 결과분석
2.2. 과제2-Forward Converter
2.2.1. schematic 및 설정
2.2.2. simulation 결과
2.2.3. 이론값 및 결과분석
3. 참고문헌
1.1. 목적
2. 시스템 구성
2.1. 과제1-Flyback Converter
2.1.1. schematic 및 설정
2.1.2. simulation 결과
2.1.3. 이론값 및 결과분석
2.2. 과제2-Forward Converter
2.2.1. schematic 및 설정
2.2.2. simulation 결과
2.2.3. 이론값 및 결과분석
3. 참고문헌
본문내용
.
2.1.3. 이론값 및 결과분석
먼저 주어진 값에 의해 듀티비를 구해보면,
구해진 듀티비를 이용해 Gating Block에 0°일 때 ON, 120°일 때 OFF가 되도록 설정하였습니다. 다음으로 주어진 출력전압의 리플값에 의해서 필요한 캐패시턴스를 구해보면,
입력한 캐패시턴스로 출력전압의 리플을 확인한 결과 약 0.01[V]가 나오는 것을 확인할 수 있습니다. 캐패시턴스를 10배 줄여 0.000167[F]을 입력하면 출력전압의 리플이 아래와 같이 0.1에 근접하는 것을 확인할 수 있었습니다.
또한 초기에 변압기의 저항성분을 임의로 양단에 각각 300Ω씩 입력했기 때문에 출력전압의 크기가 매우 작은 것을 확인할 수 있었습니다. 부하인 R보다 매우 큰 값이기 때문에 출력전압이 낮을 수 밖에 없었습니다.
위의 결과를 확인했을 때 Flyback converter 설계시 커패시턴스에 따라 출력전압의 리플값이 변하는 것을 확인할 수 있었고, 계산값보다 약간은 적은 값을 가진 캐패시터를 사용해도 여유가 있다는 것을 알 수 있습니다.
2.2. 과제2-Forward Converter
2.2.1. schematic 및 설정
회로를 구성하기 1상 3선의 Transformer를 선택하였습니다. 회로를 용이하게 그리기 위해서 1차측은 그대로, 2차측과 3차측을 바꿔서 그렸고 바뀐 것에 따라 권수를 5, 5, 1로 입력하였습니다.
2.2.2. simulation 결과
그림 11의 시뮬레이션 결과는 정상상태에서의 시간을 입력하였지만 과도상태 시간에서의 결과가 출력되었습니다. 하지만 정상상태에서도 소자에 걸리는 저압과 전류의 파형은 그림 11과 동일합니다.
2.2.3. 이론값 및 결과분석
ⅰ) 전류 상승 구간 :
자화 인덕터 의 전압 은 입력전압 와 같으므로 전류 는 과 같이 구해집니다. 스위치 S가 온되고 시간 후인 에서 전류 은 최대 이 됩니다.
ⅱ) 전류 하강구간 :
스위치 S가 오프되는 구간으로 변압기의 1차측 3차측의 권선비가 인데 전압은 가 되므로 인덕터 의 전압 은 가 됩니다.
인덕터 전류 은 최대값에서 0이 될 때까지 다음과 같은 식으로 감소합니다
따라서 다이오드 의 전류 는 가 됩니다. 자화 인덕터 전류 이 0이 되면 다이오드 도 오프됩니다.
ⅲ) 영전류 구간 :
다이오프 가 오프되면 변압기의 1차, 2차, 3차측 전압 모두 0이 됩니다. 따라서 전류 또한 0이 되는 구간입니다.
구해진 듀티비를 이용해 Gating Block에 0°일 때 ON, 108°일 때 OFF가 되도록 설정하였습니다. 소자가 걸리는 전압과 전류값의 이론값은 다음과 같습니다.
시뮬레이션 결과와 이론값이 대체로 일치하는 것을 확인할 수 있었습니다.
Foward converter의 실제적인 구성을 회로로 옮겨보았습니다. 1상 3개 권으로 이루어진 변압기를 사용하여 회로를 구성하였습니다. 자화 인덕턴스 값 이 변압기에 포함되어있어 이상적인 변압기를 사용할 때 따로 회로 구성하지 않고 포함되어있습니다.
3개의 권선을 왼편은 1차권선, 우측 위쪽은 3차권선, 아래쪽은 2차권선으로 구성했습니다. 스위치 S가 온되는 구간은 DT이며 S가 온되는 구간 동안 컨버터는 회로를 따라 돌지만, MOSFET S가 오프되고 다이오프 가 온되고, 다이오드 가 온되는 구간 동안 컨버터는 폐회로 3개를 만들며 돌게 됩니다.
MOSFET S가 오프되고 다이오프 가 온되고, 다이오드 가 오프되는 구간 동안 를 통해서만 돌게 됩니다.
시뮬레이션 결과와 그 밑의 값을 통해 이론값과 실험값이 일치하여 나왔음을 볼 수 있었습니다.
3. 참고문헌
노의철 외 2명, 『전력전자공학 3판』, 문선당, 2011, pp. 104-114.
2.1.3. 이론값 및 결과분석
먼저 주어진 값에 의해 듀티비를 구해보면,
구해진 듀티비를 이용해 Gating Block에 0°일 때 ON, 120°일 때 OFF가 되도록 설정하였습니다. 다음으로 주어진 출력전압의 리플값에 의해서 필요한 캐패시턴스를 구해보면,
입력한 캐패시턴스로 출력전압의 리플을 확인한 결과 약 0.01[V]가 나오는 것을 확인할 수 있습니다. 캐패시턴스를 10배 줄여 0.000167[F]을 입력하면 출력전압의 리플이 아래와 같이 0.1에 근접하는 것을 확인할 수 있었습니다.
또한 초기에 변압기의 저항성분을 임의로 양단에 각각 300Ω씩 입력했기 때문에 출력전압의 크기가 매우 작은 것을 확인할 수 있었습니다. 부하인 R보다 매우 큰 값이기 때문에 출력전압이 낮을 수 밖에 없었습니다.
위의 결과를 확인했을 때 Flyback converter 설계시 커패시턴스에 따라 출력전압의 리플값이 변하는 것을 확인할 수 있었고, 계산값보다 약간은 적은 값을 가진 캐패시터를 사용해도 여유가 있다는 것을 알 수 있습니다.
2.2. 과제2-Forward Converter
2.2.1. schematic 및 설정
회로를 구성하기 1상 3선의 Transformer를 선택하였습니다. 회로를 용이하게 그리기 위해서 1차측은 그대로, 2차측과 3차측을 바꿔서 그렸고 바뀐 것에 따라 권수를 5, 5, 1로 입력하였습니다.
2.2.2. simulation 결과
그림 11의 시뮬레이션 결과는 정상상태에서의 시간을 입력하였지만 과도상태 시간에서의 결과가 출력되었습니다. 하지만 정상상태에서도 소자에 걸리는 저압과 전류의 파형은 그림 11과 동일합니다.
2.2.3. 이론값 및 결과분석
ⅰ) 전류 상승 구간 :
자화 인덕터 의 전압 은 입력전압 와 같으므로 전류 는 과 같이 구해집니다. 스위치 S가 온되고 시간 후인 에서 전류 은 최대 이 됩니다.
ⅱ) 전류 하강구간 :
스위치 S가 오프되는 구간으로 변압기의 1차측 3차측의 권선비가 인데 전압은 가 되므로 인덕터 의 전압 은 가 됩니다.
인덕터 전류 은 최대값에서 0이 될 때까지 다음과 같은 식으로 감소합니다
따라서 다이오드 의 전류 는 가 됩니다. 자화 인덕터 전류 이 0이 되면 다이오드 도 오프됩니다.
ⅲ) 영전류 구간 :
다이오프 가 오프되면 변압기의 1차, 2차, 3차측 전압 모두 0이 됩니다. 따라서 전류 또한 0이 되는 구간입니다.
구해진 듀티비를 이용해 Gating Block에 0°일 때 ON, 108°일 때 OFF가 되도록 설정하였습니다. 소자가 걸리는 전압과 전류값의 이론값은 다음과 같습니다.
시뮬레이션 결과와 이론값이 대체로 일치하는 것을 확인할 수 있었습니다.
Foward converter의 실제적인 구성을 회로로 옮겨보았습니다. 1상 3개 권으로 이루어진 변압기를 사용하여 회로를 구성하였습니다. 자화 인덕턴스 값 이 변압기에 포함되어있어 이상적인 변압기를 사용할 때 따로 회로 구성하지 않고 포함되어있습니다.
3개의 권선을 왼편은 1차권선, 우측 위쪽은 3차권선, 아래쪽은 2차권선으로 구성했습니다. 스위치 S가 온되는 구간은 DT이며 S가 온되는 구간 동안 컨버터는 회로를 따라 돌지만, MOSFET S가 오프되고 다이오프 가 온되고, 다이오드 가 온되는 구간 동안 컨버터는 폐회로 3개를 만들며 돌게 됩니다.
MOSFET S가 오프되고 다이오프 가 온되고, 다이오드 가 오프되는 구간 동안 를 통해서만 돌게 됩니다.
시뮬레이션 결과와 그 밑의 값을 통해 이론값과 실험값이 일치하여 나왔음을 볼 수 있었습니다.
3. 참고문헌
노의철 외 2명, 『전력전자공학 3판』, 문선당, 2011, pp. 104-114.
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- 등록일2015.06.28
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- 자료번호#974913
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