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1. 강압형 컨버터 설계 및 PSIM 시뮬레이션
1.1. 강압형 컨버터 설계
1.1.1. 스위칭 주파수 및 맥동 전압 계산
직류 공급전압 Vs = 400 [V], 부하저항 R = 40 [옴], 듀티비 D = 0.4, 인덕터 L = 0.5 [mH], 커패시터 C = 1 [uF]인 강압형 컨버터가 정상상태에서 인덕터가 연 속동작 전류모드(CCM)가 되기 위해서는 스위칭 주파수가 40 kHz가 되어야 한다.
강압형 컨버터의 출력 전압 Vo는 Vo = D × Vs = 0.4 × 400 V = 160 V이다. 이때 부하전류 I0는 I0 = Vo / R = 160 V / 40 Ω = 4 A이다.
크리티컬 인덕턴스 Lc는 Lc = (D × (1 - D) × Vs) / (2 × I0 × fs)로 계산할 수 있다. 여기서 fs는 스위칭 주파수를 의미한다. CCM 조건을 만족하려면 L < Lc이어야 하므로, L = Lc가 되도록 스위칭 주파수를 계산하면 다음과 같다.
fs = (D × (1 - D) × Vs) / (2 × I0 × L)
fs = (0.4 × 0.6 × 400 V) / (2 × 4 A × 0.5 × 10^(-3) H)
fs = 40000 Hz
따라서 스위칭 주파수는 40 kHz가 되어야 강압형 컨버터가 CCM에서 동작할 수 있다.
맥동 전압 (ΔV0)은 출력 전압의 변동을 의미하며, 다음 식을 사용하여 계산할 수 있다.
ΔV0 = (1 - D) × Vs / (2 × fs × C)
ΔV0 = (0.6 × 400 V) / (2 × 40000 Hz × 1 × 10^(-6) F)
ΔV0 = 3 V
따라서 강압형 컨버터의 스위칭 주파수는 40 kHz이며, 맥동 전압은 3 V이다.
1.1.2. CCM 조건 확인
CCM 조건 확인은 강압형 컨버터가 연속동작 전류모드(Continuous Conduction Mode, CCM)에서 동작하는지 확인하는 과정이다. CCM 조건을 만족해야 인덕터 전류가 연속적으로 흐르며, 컨버터의 효율과 안정성이 보장된다.
CCM 조건은 다음과 같다. 인덕터 값 L이 임계 인덕턴스 Lc보다 작아야 한다. 임계 인덕턴스 Lc는 다음과 같이 계산된다:
Lc = (D × (1 - D) × Vs) / (2 × I0 × fs)
여기서 D는 듀티비, Vs는 입력 전압, I0는 출력 전류, fs는 스위칭 주파수이다.
제공된 설계 조건에 따르면, Vs = 400 V, R = 40 Ω, D = 0.4, L = 0.5 mH이다. 먼저 부하전류 I0를 계산하면 다음과 같다:
I0 = V0 / R = 160 V / 40 Ω = 4 A
그리고 임계 인덕턴스 Lc는 다음과 같이 계산된다:
Lc = (0.4 × (1 - 0.4) × 400 V) / (2 × 4 A × 40000 Hz) = 0.75 mH...
