Several types of DC/DC and AC/DC/AC converters based on a new high frequency link, which has good performance by high frequency operation, are proposed. Low losses by zero voltage switching(ZVS) and/or zero current switching(ZCS) enables the high frequency link to be viable technique due to the reduction of switching losses. The high frequency operation provides the merits of high frequency link converter such as high performance, high power density and high efficiency.
Since the resonant ac like converter impresses both polarities of ac voltage and current, it requires bidirectional switches realizable by anti-parallel connection of two unidirectional switches, which makes it uneconomical. The proposed converters employ dc link so that the circuits have a only unidirectional switch and no snubber.
An LC tank circuit of the resonant converter is always present near the power switch and is used not only to shape the current and voltage waveforms of the power switch but to store and transfer energy from input to output, thus the peak switch voltage and current stresses are substantially increased by the resonance. Therefore, high power application of resonant converter is hampered by the stresses of switches and reactive elements.
In the proposed converters, however, the reactive elements serve as waveshaping or snubbing function around the switching operation and they are minimally involved in the power transfer so that the VA ratings of the reactive elements and switching devices are reduced and the losses due to ESR (Effective Series Resistance) of reactive elements are decreased. The proposed AC/DC/AC converter topologies exhibit unique operating characteristics which synthesizes sinusoidal voltage at the output terminal. The introduction of current freewheeling circuit separates the main power flow from the resonating LC circuit so that the voltage and current peak generated by the resonant circuit is dramatically minimized.
Not only these converter operates well on four quadrants but also it could operate on almost unity power factor. Detailed explanations will be given in this paper.
전력 변환기에서 동작주파수를 높임으로써 전체구성의 대부분을 차지하는 필터용 리액티브 소자 및 절연 변압기의 크기및 무게를 현저하게 줄일 수 있다. 그러나 기존의 하드 스위칭(hard switching) 방식의 콘버터는 스위칭 주파수를 높이면 스위칭 손실이 증가하여 방열판의 크기가 커질뿐아니라 효율이 감소하게 되는 단점을 갖는다. 전류나 전압이 영(zero) 일때 스위칭소자를 개(ON) 폐(OFF)하여 스위칭 손실을 줄이는 소프트 스위칭(soft switching) 방식은 콘버터의 효율을 향상시키며 동작 주파수도 증가 시킬 수 있다. 그러나 소프트 스위칭을 구현하기 위해서는 인덕터와 커패시터의 공진을 이용하는데 이때 전류및 전압의 첨두치가 공진에 의해 크게 증가하므로 큰 정격용량의 리액티브 소자 및 반도체 스위칭 소자가 요구될뿐만 아니라 DC/DC 콘버터에서는 출력 전압을 제어하기위해 스위칭 주파수를 변화시켜야하는 단점이 있다.
본 논문에서는 "소프트 스위칭 인덕터 모듈(soft switched Inductor Module)"을 제안하였으며 이를 이용한 새로운 방식의 DC/DC 콘버터 및 4가지 다른 형태의 소프트 스위칭 AC/DC/AC 콘버터들을 제안하였다. 기존의 PWM DC/DC 콘버터의 인덕터를 "소프트 스위칭 인덕터 모듈"로 대치하면 새로운 방식의 DC/DC 콘버터가 구현된다. 이는 기존의 공진형 콘버터와는 달리 영전압과 영전류의 혼합된 스위칭 방식을 이용하여 스위칭시에만 잠시 부분적으로 공진이 발생되어 스위치의 정격용량은 증가하지 않으며 전기적 노이즈(noise)를 최소화 할 수 있다. 또한 출력 전압 특성이 기존의 PWM 콘버터와 동일하므로 일정주파수로 제어하는것이 가능하다. 본 논문에서 제안된 AC/DC/AC 콘버터들은 모든 스위칭 소자들이 소프트 스위칭을 할 뿐아니라 출력전압이 정현파로 제어되는 독특한 특성을 갖는다. 콘버터의 구성은 비교적 간단하여 단 방향성 스위치만으로 구성된다. 링크측의 전류를 환류시키는 한 개의 스위치는 영전류 스위칭을 하고 나머지 스위치는 영전압 스위칭을 하므로 스위칭 손실이 크게줄어 고주파에서 동작하여 전체 시스템의 크기 및 무게가 줄어들고 출력파형이 우수하며 응답특성이 좋다. 링크측의 환류 스위치는 스위칭 동작동안 링크의 전류를 환류시키므로 공진에 의한 전류및 전압의 증가를 억제하는 역할을 한다. 전술한 DC/DC 콘버터에서와 같이 스위칭시에만 잠시 인덕터 커패시터의 공진을 이용하므로 낮은 정격용량의 소자들을 사용할 수 있다. 또한 4상한 동작이 가능하며 입력측을 적절히 제어하여 단위 역률을 얻은것이 가능하다. 출력전압이 정현파이므로 모터부하가 연결되었을때는 고조파 성분에 의한 모터의 온도 상승및 잡음 발생이 현저하게 줄어드는 특성을 갖는다. 본문에서는 제안된 회로들의 동작을 설명하고 회로의 해석및 시뮬레이션을 통해 동작의 타당성을 증명하였고 실험을 통해 검증하였다.
