In this paper, a novel control technique at four-switch buck-boost converter for 5G network equipment is proposed. With the recent trend of miniaturization of 5G network telecom equipment, high power density of power supply in telecom equipment is required. However, when applied to conventional control technique, dynamic characteristic is slow and system control stability decreases due to the influence of RHP (right half-plane) zero present in the converter transfer function. Therefore, a large output capacitance is required to satisfy the transient output voltage ripple condition, which increases the volume of power supply unit at the telecom equipment, causing it difficult to increase power density. The proposed control technique 1 eliminates the RHP zero in the transfer function. The proposed control technique 2 adjusts the four switch duty ratios to fix the RHP zero location that does not affect the compensator bandwidth present in the transfer function. Accordingly, it is possible to achieve the fast dynamics of the converter and increase the power density of power supply unit at the 5G network telecom equipment. The validity of the proposed circuit was verified with a prototype converter designed with 36-72 V input and 48 V/500 W output.
본 논문에서는 5G 네트워크 통신장비 내 포스위치 벅-부스트 컨버터의 빠른 동특성을 위한 새로운 제어 기법을 제안한다. 최근 5G 네트워크 통신장비의 소형화 추세에 따라 통신 장비 내 전원 장치의 고전력 밀도가 요구되고 있다. 그러나 기존 제어 기법에 적용 시 컨버터 전달함수에 존재하는 RHP(right half-plane) zero의 영향으로 동특성이 느리고 시스템 제어 안정도가 감소한다. 따라서 포스위치 벅-부스트 컨버터의 과도 출력 전압 리플 조건 만족을 위해 비교적 큰 출력 커패시턴스가 요구되며, 이는 통신 장비 내 전원 장치의 부피를 증가시켜 고전력밀도화에 어려움을 겪는다. 제안하는 제어 기법 1은 4개의 스위치 듀티 비를 조정하여 컨버터 내 전달함수에 존재하는 RHP zero 위치를 제거하며, 제안하는 제어 기법 2는 RHP zero 위치를 보상기 대역폭에 영향을 미치지 않는 위치에 고정한다. 이에 따라 컨버터의 빠른 동특성 달성이 가능하며, 동일한 출력 전압 리플 조건에서 기존 제어 기법 대비 요구되는 출력 커패시턴스가 감소하여 5G 네트워크 통신 장비의 부피 소형화 달성이 가능하다. 회로의 유효성은 36-72V 입력 및 48V/500W 출력으로 설계된 프로토타입 컨버터를 통해 검증되었다.
