Continuous conduction mode (CCM) boost power factor corrector (PFC) is widely used for high power applications such as server power supply. PFC performs AC/DC conversion with nearly unity power factor (PF) and low current harmonic distortion. However, the electromagnetic interference filter capacitors before bridge diode and input filter capacitor after bridge diode occur current phase leading. This phenomenon reduces PF. In this paper, an improved digital compensation method for current phase leading in CCM boost PFC is proposed. By using this method, the power system can achieve high PF and low total harmonic distortion. Moreover, it is very simple to implement and has short computation time in digital controller. The principle and analysis of the proposed method are presented. The performance and feasibility are verified by experimental results from the high line, i.e. 230Vrms input, 750W/400V output prototype.
IT산업의 발전으로, 데이터 트래픽이 매년 꾸준히 증가하고 있다. 그에 따라 데이터 센터에서의 전력소모량도 증가하고 있는 추세이다. 데이터 센터의 서버용 전원장치는 병렬 구동을 하여, 경부하에서 동작하는 시간이 많기 때문에, 경부하에서의 높은 역률에 대한 중요성이 점점 부각되고 있다.
높은 역률을 얻기 위해서는, 입력전압과 입력전류의 위상을 맞추고, 왜곡 성분을 최소화하는 역률 보상기가 필요하다. 그 중에서도 부스트 역률 보상기가 연속적인 입력전류와 높은 전압 이득으로 인해 많이 사용되고 있다. 일반적으로 내부 피드백 회로를 사용하여, 인덕터에 흐르는 전류를 입력전압과 같은 위상이 되도록 전류의 모양과 크기를 제어한다. 그러나 병렬로 연결된 입력 필터 커패시터가 입력 전압에 비해 90도 위상이 앞선 전류를 야기하고, 입력전류와 입력전압 사이의 위상차가 생기게 된다. 이를 위한 기존의 보상 파형을 적용할 시, 입력 전압 반주기의 뒤쪽 부분에서 전류 명령이 높아 인덕터 전류가 이를 추종할 수 없어, 오버슈트와 왜곡을 일으키게 된다. 또한 입력 전압 반주기의 앞쪽 부분에서 입력전류는 커패시터 전류 성분만 가지고 있기 때문에, 입력전류 모양이 이상적인 사인파의 형태에서 벗어나게 되어 고조파 성분이 많이 포함된다.
따라서 본 논문에서는 위 문제점을 해결할 수 있는 새로운 보상 파형을 제안한다. 기존의 보상 파형의 뒤쪽 부분을 감소시켜 인덕터 전류가 전류 명령을 추종할 수 있도록 하여 적절한 크기의 시비율을 사용하고, 오버슈트와 왜곡을 감소시켜 높은 역률과 낮은 고조파 왜곡을 얻을 수 있다. 또한 보상파형에 오프셋을 더해주어, 전류 명령이 0으로 고정되는 부분을 감소시켜, 커패시터 전류만 흐르는 구간을 줄여, 전류의 왜곡을 감소시킨다.
제안하는 보상 방법은 디지털 제어기를 이용하여, 기존의 보상 방법과 비교했을 때 추가적인 회로가 필요하지 않으며, 높은 역률과 낮은 고조파 왜곡을 만족하기 힘든 10% 부하의 최적 보상 값을 전 부하에 적용하였다. 부하에 따라 변하지 않는 보상을 통해 디지털 제어기에서의 매우 짧은 연산 시간을 갖게 되었고, 분석과 실험을 통해 제안하는 보상 방법이 높은 역률과 낮은 고조파 왜곡을 갖는 것을 검증하였으며, 각 부하에서의 최적 보상 값을 사용하는 방식과 비교하였을 때, 큰 차이가 없는 것을 확인하였다. 제안하는 보상 방법은 디지털 제어기에 매우 간단하게 적용할 수 있으며, 높은 역률과 낮은 고조파 왜곡을 만족해야 하는 다양한 역률 보상기에 적용될 수 있을 것이라 기대한다.