본문내용
1. 전력전자 설계 실습 결과
1.1. Boost Converter 동작 실험
1.1.1. 실험 목적
Boost 컨버터의 원리 및 구조를 이해하고, 간단한 Boost 컨버터를 제작하여 직류 전압을 승압시킬 수 있음을 실험하는 것이 이번 실험의 목적이다."Boost 컨버터는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 승압형 DC-DC 컨버터의 하나로, 주로 입력전압보다 높은 출력 전압이 필요할 때 사용된다. 이번 실험에서는 Boost 컨버터의 동작 원리를 이해하고 실제로 Boost 컨버터를 제작하여 입력전압을 승압시킬 수 있음을 확인하는 것이 목적이다. 이를 통해 Boost 컨버터의 기본 구조와 동작 특성을 학습하고, 실험을 통해 이론적 배경을 실제로 확인할 수 있을 것으로 기대된다."
1.1.2. 실험 장비
실험 장비는 오실로스코프(TDS220), 함수 발생기(CFG280), 가변 전원 발생기(6303D), 브레드보드 등으로 구성되었다. 오실로스코프는 1G-Sampling, 100MHz, 2Chanel의 디지털 오실로스코프로 신호의 샘플링, 대역폭, 채널 수가 실험에 적합하다. 함수 발생기는 DC~11MHz의 주파수와 0~20Vpp의 전압 범위를 가지며 다양한 파형을 발생시킬 수 있어 실험에 활용되었다. 가변 전원 발생기는 0~30V/3A의 출력 전압과 전류를 제공하여 실험 회로에 필요한 전원을 공급하였다. 브레드보드는 부품 및 전선을 꽂아 회로를 구성할 수 있는 프로토타이핑 도구로 사용되었다. 이러한 실험 장비들은 Boost Converter의 동작을 분석하고 성능을 평가하는데 필수적이었다.
1.1.3. 부품 조사
본 실험에서는 IRF640N MOSFET, FR307 다이오드, 15A 인덕터, 100uF 커패시터 등을 사용하였다.
먼저 IRF640N MOSFET은 드레인-소스 항복 전압이 200V, 드레인-소스 온 저항이 0.15Ω, 게이트 임계 값 전압이 2V~4V 범위인 N채널 MOSFET이다. 이 MOSFET은 내압이 높고 온저항이 낮아 부스트 컨버터의 스위칭 소자로 적합하다. 가격은 약 40,000원 수준이다.
FR307 다이오드는 반복 최대 역전압이 1000V, 최대 순시 전압값이 700V, 최대 DC 차단전압이 1000V, 최대 평균기대 전류가 3A, 최대 역회복 시간이 500ns인 고전압 다이오드이다. 이 다이오드는 부스트 컨버터의 출력 정류 소자로 활용되었다. 가격은 약 500원 수준이다.
15A 인덕터는 인덕턴스가 100mH이며, 크기가 15mm x 25mm 규격의 소형 인덕터이다. 이 인덕터는 부스트 컨버터의 에너지 저장 소자로 사용되었다. 가격은 약 220원 수준이다.
마지막으로 100uF 커패시터는 부스트 컨버터의 출력 측 필터링 소자로 사용되었다. 이 커패시터는 최대 1000V의 정격 전압을 가지며, 가격은 약 380원 수준이다.
이와 같이 본 실험에서 사용된 주요 부품들은 부스트 컨버터 회로 구성에 적합한 특성을 가지고 있으며, 비용 대비 성능도 양호한 편이다.
1.1.4. 예상 이론
부스트 컨버터는 승압형 컨버터라고도 하며, 벅컨버터와 마찬가지로 입력단과 출력단의 접지가 같은 경우에 사용할 수 있는 회로이다. 이 회로는 스위치가 on 되어있는 동안은 입력전원이 인덕터 양단에 연결되어 전류의 충전이 이루어지고, 스위치가 off되면 충전된 전류가 부하 측 필터로 전달된다. 벅컨버터와 달리 부스트 컨버터는 부하 측의 필터 입장에서 볼 때, 전류가 주기적으로 흘러 들어오다 끊어지다를 반복하기 때문에 전류원(current-fed) 방식이라고 불리며 출력단의 전류는 항상 입력단의 전류보다 작다. 회로 동작의 원리상 손실성분이 없기 때문에 입력전류*입력전압=출력전류*출력전압의 관계에서 출력전압이 입력전압보다 항상 높게 나타나며, Vo=Vi/(1-D)가 된다. 여기서 만약 TR에 ON일 때는 다이오드가 역방향 바이어스 특성을 가지게 되어 입력전류는 인덕터에 전류가 흐르면서 에너지가 축적된다. 그래서 지속적으로 전류의 충전이 이루어진다. 또한...
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