Abstract
A recent trend of technical development in auxiliary-power-supplies (APS) is to replace 60Hz low frequency transformers with isolated type dc/dc converters. This paper introduces the technical trend in APS structures and proposes a power converter circuit suitable for high-efficient and light-weight APS. By utilizing the resonant converter, which achieves ZCS, to reduce switching losses, various types of APS structures (1-stage and 2-stage) are reviewed, and they are verified by simulation. The full-bridge resonant LLC converter is designed with a 1-stage power converting structure; the resonant converter topology is designed with a 2-stage power converting structure that has a pre-regulator converter to compensate for the wide input voltage range. Both a step-down converter and a step-up converter are designed and compared for the pre-regulator in the 2-stage structure. Operational characteristics are compared with simulation results and loss analyses are presented to proposes appropriate system structure and topologies.
최근 철도차량용 보조전원장치는 시스템의 경량화를 위해 기존 60Hz 저주파 변압기를 제거하고 고주파 구동과 절연 특성을 갖는 '절연형 dc/dc 컨버터'를 적용하는 구조가 주목받고 있다. 본 논문에서는 '절연형 dc/dc 컨버터를 적용한 보조전원장치 구조'에 대해서 설명하고, 다양한 분석을 통해 보조전원장치의 고효율 및 경량화에 적합한 dc/dc 컨버터 및 구조를 제안하고자 한다. 대용량 IGBT 소자의 고주파 스위칭(경량화)을 위해 필수적인 '영전압-영전류-스위칭'특성을 갖는 '공진형 컨버터'를 활용하여 다양한 보조전원장치용 전력변환장치 구조(1-Stage와 2-Stage)를 제안하였고, 각각의 구조에 적합한 컨버터 회로를 선정한 후 설계 및 시뮬레이션을 통해 비교하였다. 1-Stage 구조의 경우 공진형 컨버터만을 사용하였고, 2-Stage 구조의 경우 공진형 컨버터와 공진형 컨버터의 입력전압 변동을 최소화하는 Pre-regulator를 적용하였다. Pre-regulator로서 감압 컨버터 또는 승압 컨버터를 각각 적용하여 서로 다른 2-Stage 구조를 구성하고 각 방식의 손실을 비교하였다. 회로에 사용되는 소자들의 전압 및 전류 스트레스를 고려하여 소자를 선정하고 시뮬레이션을 통해 동작을 검증하였으며, 손실 분석을 통해 고효율 및 경량화에 가장 적합한 구조 및 회로를 제안하였다.
