The switching converter is the most important part of the power electronics, and it can be divided in-to the DC converter and AC converter. Both of them, their power efficiency and the dynamic analysis are most important parts to design the converters.
In Chapter 1, The dead-time controls, which is essential required to do switching the power switch, for synchronous buck converter are challenging due to the difficulties in accurate sensing and processing the on/off dead-time errors. For the control of dead-times, an integral feedback control using switched capaci-tors and a fast timing sensing circuit composed of MOSFET differential amplifiers and switched current sources are proposed. Experiments for a 3.3 V input, 1.5 V -0.3A output converter demonstrated 1.3~4.6% efficiency improvement over a wide load current range.
In Chapter 2, a large signal dynamic model of the inductive power transfer system (IPTS) for the on-line electric vehicle (OLEV) is developed using the recently proposed Laplace phasor transform. With the help of this dynamic model, the effect of the output capacitor and load resistance variation on the transient response of the IPTS is analyzed. The maximum pick-up current and output voltage for an abrupt in-rush of the OLEV are examined by both the proposed analysis and simulations, and verified by experiments with good agreement. Thus, it is found that the voltage and current ratings of the pick-up remain relatively con-stant regardless of the load resistance.
본 논문에서는 스위칭 컨버터의 효율 향상을 위한 스위칭 기법 중 하나인 dead-time control 과, 스위칭 컨버터의 설계 및 제어를 위해 필요한 dynamic analysis 에 대한 연구를 진행하였다.
제 1장에서는 동기식 벅 컨버터의 dead-time control 방법을 제시하였다. Dead-time control은 아주 짧은 시간 내에 dead-time을 센싱하여야 할 뿐만 아니라 인덕터 전류에 따라서 적절한 dead-time이 변화하기 때문에 이를 적절하게 조절하기 힘들었다. 이에 일반적으로 출력 전류와 무관하게 dead-time을 충분하게 길게 제어하는 Fixed dead-time control 방법이 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 differential common base type의 dead-time 센싱 회로를 이용하여 dead-time을 포함한 일정 기간 동안 스위칭 전압을 이용한 charge valancing 회로를 동작 시킴으로써, dead-time을 빠르고 정확하게 센싱 할 수 있을 뿐만 아니라 dead-time 의 적절성 유무를 쉽게 판단할 수 있었다. 또한 센싱된 dead-time을 integral feedback control을 통하여 컨트롤 하였다. 사용된 feedback loop의 bandwidth를 조절함으로써 빠른 응답 특성을 얻을 뿐만 아니라, 고주파 노이즈의 영향을 억제함으로써 dead-time의 안정적인 컨트롤이 가능하였다.
제 2장에서는 무선 전력 전달 회로의 large signal dynamic model을 제안하였다. 무선 전력 전달 회로는 AC 시스템의 일종으로써, 일반적으로 동적 해석을 위해서 DQ 변환 기법이 많이 사용되어 왔다. 하지만 DQ 변환 기법의 경우, 행렬 연산을 기본으로 하기 때문에 고차 AC 시스템에 적용하기 힘든 단점이 존재한다. 이에 본 논문에서는 Laplace phasor transform 기법을 도입하였으며, 도입된 기법을 통하여 고차의 AC 시스템의 동적 해석을 간단한 회로 변환 기법 만으로 가능하게 하였다. 개발된 dynamic model을 이용하여 출력 저항과 캐패시터의 dynamic re-sponse에 대한 영향을 분석하였다. 또한, 공진회로의 최대 전류 값을 구함으로써 안정적인 회로의 구성이 가능하도록 하였으며, 출력 저항의 값이 공진회로의 최대 전류 값과 무관함을 알 수 있었다.