고압 DC 전원 공급 장치는 X-ray, 플라즈마, 전기 집진기, 그리고 커패시터 충전 등 여러 어플리케이션 분야에서 사용되고 있다. 하지만 이러한 고압 전원 공급 장치는 출력 리플 전압 증가로 인한 신뢰성 저하 및 부피 증가로 인한 전력 밀도 감소 문제점 등을 가지고 있다. 이로 인해 최근 고압 전원 공급 장치의 소형화, 고효율, 그리고 신뢰성을 확보하기 위해 출력 전압 리플을 줄이거나 전력 밀도를 향상시키는 연구가 진행되고 있다.
(a)
(b)
Fig. 1. System structure of the parallel resonant converter applied with a voltage multiplier. (a) Conventional system structure. (b) Proposed system structure.
Fig. 1 (a)는 2차 측 단에 배압회로가 적용된 일반적인 병렬 공진형 컨버터 구조를 보여주고, Fig. 1 (b)는 전력 밀도를 향상시키기 위해 기존 (a)와 달리 1차 측 공진 커패시터를 2차 측 단으로 등가화 시킨 병렬 공진형 컨버터의 구조를 보여주고 있다. 병렬 공진형 컨버터가 사용되는 X-ray에서는 높은 출력 전압으로 인해 2차 측 변압기에 상당한 양의 기생 커패시터 성분을 가지게 되어 변압기에서 발생되는 기생 커패시터 성분을 공진 커패시터로 대체하여 사용 가능하다.
Fig. 2. Experimental setup for the proposed parallel resonant converter system.
Fig. 2 은 X-ray 어플리케이션에서 사용되는 시스템 구조를 보여준다. AC-DC 단, Controller, DC-DC 1차 측, 그리고 배압회로를 사용한 DC-DC 2차 측으로 구성되어 있고, 2차 측의 배압회로를 거쳐 최종적으로 출력 전압 100kV와 출력 전류 17mA를 가지게 된다.
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(a) | (b) |
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(c) |
Fig. 3. Experimental test wave-forms. (a) Gate input voltage Vgs and switching drain-source voltage Vds, (b) Resonant inductor current ILr at full-load, (c) Feedback voltage for predicting the real output voltage and output current.
Fig. 3은 제안한 구조의 실험 결과를 보여준다. Fig. 3 (a)의 경우 스위칭 소자의 입력 게이트 전압 Vgs와 스위치 양단에 걸리는 Vds전압을 확인 할 수 있다. 또한 Fig. 3 (b)는 정격 부하 조건에서의 1차 측 공진 인덕터 전류 ILr을 보여준다. 이때 컨버터의 정상 동작 확인과 최종 출력 전압과 출력 전류가 나오는 것을 확인하였다. Fig. 3 (c)는 정격 출력 전압일 때의 출력 전압 Vout및 출력 전류 Iout의 feedback sensing 파형을 보여준다. 이러한 전압 파형을 통해 제안한 구조의 정격 출력 전압 100kV와 출력 전류 17mA가 정상적으로 출력되는 것을 확인하였고, 제안한 구조의 타당성을 검증하였다.
본 기술의 이용 및 활용에 대한 사항은 아래 "기술 문의"로 연락 바랍니다.
고압 DC 전원 공급 장치는 X-ray, 플라즈마, 전기 집진기, 그리고 커패시터 충전 등 여러 어플리케이션 분야에서 사용되고 있다. 하지만 이러한 고압 전원 공급 장치는 출력 리플 전압 증가로 인한 신뢰성 저하 및 부피 증가로 인한 전력 밀도 감소 문제점 등을 가지고 있다. 이로 인해 최근 고압 전원 공급 장치의 소형화, 고효율, 그리고 신뢰성을 확보하기 위해 출력 전압 리플을 줄이거나 전력 밀도를 향상시키는 연구가 진행되고 있다.
(a)
(b)
Fig. 1. System structure of the parallel resonant converter applied with a voltage multiplier. (a) Conventional system structure. (b) Proposed system structure.
Fig. 1 (a)는 2차 측 단에 배압회로가 적용된 일반적인 병렬 공진형 컨버터 구조를 보여주고, Fig. 1 (b)는 전력 밀도를 향상시키기 위해 기존 (a)와 달리 1차 측 공진 커패시터를 2차 측 단으로 등가화 시킨 병렬 공진형 컨버터의 구조를 보여주고 있다. 병렬 공진형 컨버터가 사용되는 X-ray에서는 높은 출력 전압으로 인해 2차 측 변압기에 상당한 양의 기생 커패시터 성분을 가지게 되어 변압기에서 발생되는 기생 커패시터 성분을 공진 커패시터로 대체하여 사용 가능하다.
Fig. 2. Experimental setup for the proposed parallel resonant converter system.
Fig. 2 은 X-ray 어플리케이션에서 사용되는 시스템 구조를 보여준다. AC-DC 단, Controller, DC-DC 1차 측, 그리고 배압회로를 사용한 DC-DC 2차 측으로 구성되어 있고, 2차 측의 배압회로를 거쳐 최종적으로 출력 전압 100kV와 출력 전류 17mA를 가지게 된다.
Fig. 3. Experimental test wave-forms. (a) Gate input voltage Vgs and switching drain-source voltage Vds, (b) Resonant inductor current ILr at full-load, (c) Feedback voltage for predicting the real output voltage and output current.
Fig. 3은 제안한 구조의 실험 결과를 보여준다. Fig. 3 (a)의 경우 스위칭 소자의 입력 게이트 전압 Vgs와 스위치 양단에 걸리는 Vds전압을 확인 할 수 있다. 또한 Fig. 3 (b)는 정격 부하 조건에서의 1차 측 공진 인덕터 전류 ILr을 보여준다. 이때 컨버터의 정상 동작 확인과 최종 출력 전압과 출력 전류가 나오는 것을 확인하였다. Fig. 3 (c)는 정격 출력 전압일 때의 출력 전압 Vout및 출력 전류 Iout의 feedback sensing 파형을 보여준다. 이러한 전압 파형을 통해 제안한 구조의 정격 출력 전압 100kV와 출력 전류 17mA가 정상적으로 출력되는 것을 확인하였고, 제안한 구조의 타당성을 검증하였다.
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