3.1 컨버터 설계
3.1.4 수동 소자 선정
3.1.4.1 인덕터 코어선정
앞서 분석한 인덕터 코어 설계 기준을 기반으로 인덕터를 설계하였다.
인덕터를 설계하는 기준은 다음과 같다. 우선 식 (3.2)에서 식 (3.5)를
바탕으로 스위치의 전류 정격을 만족하는 메인 컨버터의 인덕턴스
최소값과 AP를 구하고 인덕터의 코어를 선정하였다. 그 결과를 다음 표
3.3에 정리하였다. 포워드 컨버터의 변압기 코어는 공통으로 EER4042를 사용하였다.
표 3.3 인덕터 설계 결과
인덕터 인덕턴스 및 코어
LF (일반 포워드) 50 μH (PQ4040)
LF (제안한 방식) 27 μH (PQ3535)
LF (직렬 DC-DC) 27 μH (PQ3535)
LA (제안한 방식) 2.5 μH (PQ2620)
LPR (직렬 DC-DC) 2.5 μH (PQ3230)
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3.1.4.2 캐패시터 선정
출력 캐패시터의 경우 식 (3.16)을 기준으로 다음 그림 3.6 및 그림 3.7과 같은 최소값이 결정된다. 이를 바탕으로 하드웨어 구성 시 추가로 발생하는 기생 저항 성분 등을 고려하여 캐패시턴스를 표 3.4와 같이 선정하였다. 일반형 포워드 컨버터의 경우 세라믹 캐패시터만으로 구성하기에 1 mF이라는 최소 용량은 가격 측면에서 부담될 수 있기 때문에 전해 캐패시터와 혼합하여 구성하였다. 또한, 전해 캐패시터의 경우 허용리플 전류가 있으므로 허용 정류치를 만족하는지도 확인하였다.
그림 3.6 제안한 방식에서 세라믹 캐패시터 사용 시 필요한 출력 캐패시턴스.
1 2
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
for ΔV
Oswmax for ΔV OTrmax
Capacitance [uF]
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그림 3.7 일반형 포워드 컨버터에서 세라믹 캐패시터 사용시 필요한 출력 캐패시턴스.
1 2
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
for ΔV
Oswmax for ΔV OTrmax
Capacitance [uF]
표 3.4 캐패시터 설계 결과
캐패시터 종류 및개수 RMS전류허용치
CO1, CO2
(제안한 방식)
각각 447 [μF] (Ceramic capacitor) 46 [A]
CO1, CO2
(일반형포워드)
각각 647 [μF] (Ceramic capacitor) 66 [A]
각각 26.8 [mF] (Electrolytic capacitor) 22.6 [A]
CO1, CO2
(직렬 DC-DC)
각각 447 [μF] (Ceramic capacitor) 46 [A]
CA
22 [μF] (Ceramic capacitor) 5 [A]
22.2 [mF] (Electrolytic capacitor) 21.4 [A]
CPR1, CPR2
(직렬 DC-DC)
각각 22 [μF] (Ceramic capacitor) 5 [A]
각각 2.2 [mF] (Electrolytic capacitor) 2.2 [A]
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선정한 캐패시터가 가지는 RMS 전류 제한치를 만족하여야 하므로 각 캐패시터로 인가되는 RMS 전류를 구하였다. 각 캐패시터로 흐르는
RMS를 구하는 방법은 다음과 같다. 불연속 전류가 흐르는 CA를 제외한
나머지 캐패시터의 RMS 전류는 평균값이 0인 삼각파를 이루므로 해당 인덕터 전류 첨두치 진폭의 1 2 3 배의 값이다 [17]. CA로 흐르는 RMS 전류는 다음 그림 3.8(a), (b)에 도시한 iCA1과 iCA2에 의해 그림 3.8(c)와 같이 복잡한 전류가 주입된다. 여기서 iCA1, iCA2는 각각의 출력단에서 CA로 인가되는 전류로써 iCA1=-DA1iA1, iCA2=-DA2iA2이고, iCA=iCA1+iCA2이다. 각각의 전류의 형태가 IA의 크기와 시비율 등에 따라 달라지므로 RMS 전류가
가장 커지는 최악의 경우(Worst case)를 가정하여 그림 3.8(d)와 같이
흐른다고 가정하여 분석하였다. 여기서 I_pkpk1 및 I_pkpk2는 다음 식 (3.19)~식
(3.22)와 같이 구할 수 있다.
ICA1_pkpk
DA1TsA
TsA
-IA1
iCA1
(a)
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ICA2_pkpk
DA2TsA
TsA -IA2
iCA2
(b)
ICA_pkpk
iCA
(c)
I_pkpk2
iCA
I_pkpk1
DA2TsA
TsA
DA1TsA
(d)
그림 3.8 CA로인가되는 전류, (a) iCA1, (b), iCA2, (c) iCA, (d) iCA (worst case).
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1
1_ 1
1
1 A
CA pkpk O sA
A
I V D T
L
(3.19)
2
2 _ 2
2
1 A
CA pkpk O sA
A
I V D T
L
(3.20)
1
_ 1 1_ 2 _
2 A
pkpk CA pkpk CA pkpk
A
I I D I
D (3.21)
2 1
_ 2 2 _
2
( A A)
pkpk CA pkpk A
D D
I I
D
(3.22)
이를 바탕으로 CA로 흐르는 RMS 전류를 구하면 다음 식 (3.23)과 같다 [17].
2 2
_ _ 1 1 _ 2 2
1 1
3 3
CA RMS pkpk A pkpk A
I I D I D (3.23)
이를 기반으로 각각의 캐패시터로 흐르는 RMS 전류를 구한 결과는 다음과 같다. 제안하는 방식에서 CO1, CO2로 인가되는 RMS 전류가 각각 약
1 A, CA로 인가되는 RMS 전류가 약 2 A, 직렬형에서 CPR1, CPR2로 인가되는
RMS 전류가 약 2 A, 일반형 단일 포워드 컨버터에서 CO1, CO2로 인가되는
RMS 전류가 약 1 A 이므로 표 3.4에 정리한 전해 캐패시터의 허용 RMS
전류를 만족하는 것을 확인하였다.
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