본문내용
1. 전력전자 설계 실습 및 프로젝트
1.1. Boost Converter 실험
1.1.1. 실험 목적
Boost 컨버터의 실험 목적은 Boost 컨버터의 원리 및 구조를 이해하고, 간단한 Boost 컨버터를 제작하여 직류 전압을 승압시킬 수 있음을 실험하는 것이다.
Boost 컨버터는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 승압형 DC-DC 컨버터로, 주로 입력전압보다 높은 출력전압이 필요할 때 사용된다. 본 실험을 통해 Boost 컨버터의 동작 원리를 이해하고, 실제로 제작하여 입력전압을 승압시키는 과정을 확인하고자 한다.
1.1.2. 실험 장비
실험 장비는 오실로스코프(TDS220), 함수 발생기(CFG280), 가변전원 발생기(6303D), 브레드보드 등으로 구성되어 있다.
오실로스코프는 1G-Sampling, 100MHz, 2Chanel 디지털 오실로스코프로 신호의 파형을 보여준다. 샘플링(Sampling)은 초당 신호를 읽는 회수이며, 대역폭(BandWidth)은 큰 왜곡 없이 파형을 보여줄 수 있는 주파수 한계이다. 2Chanel은 동시에 보여줄 수 있는 파형의 개수를 의미한다.
함수 발생기는 실험에 필요한 주파수와 전압 레벨의 다양한 파형(사인파, 구형파, 삼각파 등)을 발생시킨다. 출력 주파수는 DC부터 11MHz까지 가능하며, 출력전압은 0~20Vpp, DC-offset은 -10~+10V, 최소 부하저항은 50Ω이다.
가변전원 발생기는 DC전원 장치에 필요한 전원을 공급하는 장치로, 0~30V/3A의 출력이 가능하다.
브레드보드는 납땜 없이 부품과 전선을 꽂아 회로를 구성할 수 있는 장비로, 프로토타입 제작과 실험용도로 사용된다.
1.1.3. Boost Converter 동작 원리
부스트 컨버터는 승압형 컨버터로 불리며, 입력단과 출력단의 접지가 같은 경우에 사용할 수 있는 회로이다.
이 회로는 스위치가 on 되어있는 동안 입력전원이 인덕터 양단에 연결되어 전류의 충전이 이루어진다. 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 불린다. 이로 인해 출력단의 전류는 항상 입력단의 전류보다 작다.
회로 동작의 원리상 손실성분이 없기 때문에 입력전류*입력전압=출력전류*출력전압의 관계에서 출력전압이 입력전압보다 항상 높게 나타나며, 이때 수식은 Vo=Vi/(1-D)가 된다. 여기서 D는 스위치의 on 시간 비율을 나타낸다.
TR이 on일 때는 다이오드가 역방향 바이어스 특성을 가지게 되어 입력전류는 인덕터에 전류가 흐르면서 에너지가 축적된다. 이에 따라 지속적으로 전류의 충전이 이루어진다. 또한 부하측 저항 R에는 콘덴서 C에 축적된 에너지가 소비되는 형태를 보인다.
하지만 TR이 off가 되면 L에 축적된 에너지가 D를 통과하여 출력된다. 그리고 갑자기 전류가 차단되면 인덕터의 특성 중 하나인 역방향으로 전압이 발생되는 역기전력 현상이 발생하면서 이 때 순간적으로 높은 전압이 발생하면서 더 높은 출력전압을 얻게 된다.
1.1.4. 실험 과정 및 결과
출력단 5V근처 듀티 가변 후 출력전압이 12V근처로 확인되었다. 부스트 컨버터는 승압 변환 회로로써, 주로 입력전압보다 높은 출력 전압이 필요할 때 사용된다. 실험에서는 직류전원 5V를 연결해주고, PWM 회로를 구성하여 MOSFET의 게이트에 입력해 주었다...
