Recently, the researches on power converter technologies are focused on designing the high efficient, high density, small size and volume, and cost effective power converter. In this sense, the magnetic coupled inductor techniques are very attractive since it gives a small size, small volume, and low cost in designing a power converter. In this dissertation, two kinds of the novel power converters, one for the power factor correction and the other for the battery drive applications, which adopts the magnetic coupled inductor techniques, are introduced as : 1) Single-stage single switched rectifier/regulator with magnetic coupled nondissipative snubber for low power level off-line applications, and 2) Dual coupled inductor-fed isolated boost converter for low voltage battery drive system.
For power factor correction application, a new single-stage single-switched forward converter with magnetic coupled nondissipative snuber is proposed. The proposed converter gives the good power factor correction (PFC), low current harmonic distortion, and tight output voltage regulation. The prototype shows the IEC 1000-3-2 requirements are met satisfactorily with nearly unity power factor. This proposed converter with magnetic coupled nondissipative snubber is particularly suited for low power level power supply applications.
Then, the characterization of dc-link capacitor voltage stress in the single stage single switched converter with magnetic coupled nondissipative snubber is presented. A design procedure for optimizing the proposed converter design by limiting the dc link capacitor voltage stress, maintaining high efficiency while complying with IEC1000-3-2 harmonic current requirement is introduced.
For the battery drive application, a new isolated boost dc to dc converter named as the dual coupled inductor fed isolated boost converter for a low input voltage application is proposed. The proposed converter features the low switch current stresses, wide range of input voltage, and inherent inrush current protection, essential for the design of a low to high voltage conversion circuit. A comparative analysis and experimental results are presented to show the validity of the proposed converter.
Then, the incorporation of active-clamped circuitry into the dual coupled inductor fed isolated boost converter is introduced. This technique serves to recycle transformer leakage energy while minimizing switch voltage surge, which is the general problem of all the current-fed type converter including the proposed converter. The addition of the active clamp circuit also provides a mechanism for achieving zero voltage switching (ZVS) of both the main and auxiliary switches. ZVS also limits the turn-off di/dt of the output diodes, reducing diode switching losses and switching noise due to diode reverse recovery.
최근 전력 변환 회로의 연구 동향은, 저가이면서 효율적이고 작은 크기의 전력 변환 회로를 어떻게 설계하는가에 집중되어 있다. 특히, 인덕터에 보조 권선을 감아쓰는 자기 결합 인덕터 기술은 별다른 소자를 필요로 하지 않기 때문에 저가이면서 효율적이고 작은 크기의 전력 변환 회로를 쉽게 구현할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 자기 결합 인덕터 기술을 이용하여 역률 보상 및 축전지 구동 응용에 적합한 전력 변환 회로들을 다음과 같이 제안하였다.
1) 자기 결합 무손실 스너버를 가지는 단일 전혁단 단일 스위치 역률 개선 회로
2) 두 개의 자기 결합 인덕터에 기초한 절연된 승압형 DC-DC 컨버터
역률 개선 응용을 위하여, 새로운 자기 결합 무손실 스너버를 가지는 단일 전력단 단일 스위치 역률 개선 회로를 제안하였다. 제안된 회로는 역률 개선과 낮은 입력 전류 왜곡 특성 및 안정된 출력 전압 제어 특성을 가진다. 실험 결과로 제안된 회로는 거의 단위 역률로 고조파 규제인 IEC1000-3-2를 만족함을 보였다. 제안된 회로는 컴퓨터 전원 장치등 낮은 전력급의 전원장치로 매우 적합하다. 또한, 일반적인 단일 전력단 역률 개선 회로들의 문제점인 DC link 캐패시터의 전압 스트레스의 특성을 살펴 보고, 제안된 회로에서 이를 해결하는 방안을 제시하였다. 제안된 회로에서 자기 결합 인덕터의 권선 비를 적절히 선정하여, IEC1000-3-2의 고조파 규제를 최소한으로 만족하면서 DC Link 캐패시터 전압을 낮출 수 있음을 보였고, 최적의 설계 기준을 제시 하였다.
축전지 구동 응용을 위하여, 두 개의 자기 결합 인덕터에 기초한 절연된 승압형 DC-DC 컨버터를 제안하였다. 제안된 컨버터는 낮은 전압에서 높은 전압으로 변환하는 회로에 있어서 필수적인, 낮은 스위치 전류 스트레스, 넓은 범위의 입력 전압 범위, 내재된 기동시에 돌입 전류 방지 등의 특성을 가진다. 다른 일반적인 승압형 컨버터와의 비교 분석과 실험 결과로서 제안된 회로의 우수성을 입증하였다. 또한, 제안된 회로에 능동 클램프 회로를 적용한 동작 원리를 살펴 보았다. 능동 클램프를 제안된 회로에 적용함으로써, 제안된 회로를 포함한 일반적인 절연된 승압형 DC-DC 컨버터의 문제점인 스위치의 전압 서지를 최소화하고 변압기의 누설 자속 에너지를 환원 시켜 컨버터의 효율 향상을 이룰 수 있다. 또한, 제안된 회로에 능동 클램프의 적용으로, 반도체 스위치 소자들의 영전압 스위칭 (Zero-Voltage-Switching)을 가능하게 하고, 출력 다이오우드의 차단 전류 시간 비 (turn-off di/dt)를 제안하여 노이즈 저감등의 효과를 얻을 수 있다. 능동 클램프를 적용한 제안된 승압형 DC-DC 컨버터는 전기 자동차등 대용량 전력 변환 장치에 적합하다.
