Boost-Converter를 이용한 PFC (Power factor...

Changwon National University

Power Factor Correction

Boost-ConverterBoost-Converter 를 이용한 를 이용한 PFC PFC ((Power Factor CorrectionPower Factor Correction)) 설계 및 설계 및 제작제작

담당실험실 : 제어 및 전력전자 담당교수님 : 안호균교수님 담당조교 : 서 정 욱 논문작성자 : 허성현 , 박병규



목차목차 1.PFC 의 개념 및 목적 , 특징 2.PFC 회로의 분류 , 동작방식 3. 기본 회로 구성 4.NCP1601A

5. 완성형 회로도 6. 실험결과



PFCPFC 란 무엇인가란 무엇인가PFC (Power Factor correction) - 일반적인 전기기기나 공중통신기기에 사용되는 직류전원장치의 고역률및 고효율화를 목적으로 전력손실을 저감하여 에너지 절약을 하기 위한 말 그대로 풀이하면 “역률 보정”이고 의미적으로는 “전력효율 개선”으로 볼 수 있다 . 이 기기들의 전원장치를 세분화하여 보면 AC-DC 부와 DC-DC 부로 나눌 수 있는데 AC-DC 부에서는 역률 문제 가 무엇보다도 중요한 과제라 볼 수 있 고 , DC-DC 부에서는 전력변환 효율의 극대화가 전력제어기술의 요점이라 할 수 있다 . 에너지 수입의존도가 높은 우리나라에서는 꼭 필요한 기술이고 , 에너지 활용적인 측면에 있어서도 고 효율화 하여 사용함으로써 비용과 낭 비를 줄일 수 있는 방법이라 생각된다 .



이점1. 각 부품에 보다 더 안정된 전류를 공급할 수 있다 .2. 불필요하게 낭비되는 전력소비량을 줄일 수 있다 .3. 불필요하게 낭비되는 전류가 열로 전환되어 온도가 상승되는 것을 막을 수 있다 .4. 온도를 낮추면 그에 따라서 팬의 속도를 낮출 수 있어 소음도 낮출 수 있다 .5. 전자파도 줄일 수 있다 .

PFCPFC 의 특징의 특징단점1. 전체적인 회로가 복잡해지므로 가격이 높아진다 .2. 추가된 회로로 인하여 보다 많은 전력을 소비하고 이는 전원 장치의 효율을 감소시킨다 .3. 추가된 회로로 인하여 보다 많은 공간을 필요하므로 전체적인 부피가 커질 수 있다 .4. 고속 , 대전류의 스위칭 동작에 의하여 발생하는 높은 주파수의 잡음에 대한 대책이 요구된다 .

그러나 역률 개선은 고성능의 전원장치에 대한 수요의 증가와 에너지 절약 차원에서 반드시 달성해야 할 과제이며 , 이런 단점을 극복하기 위한 연구가 점점 활발히 진행되고 있다 .



Without PFC (PF < 0.7) With active PFC (PF > 0.99)

Power Factor CorrectionPower Factor Correction



PFC Classification

Passive PFC Active PFC

1-Stage scheme

2-Stage scheme

Boost

Buck

Buck-Boost

Resonance

Continuous current mode

Discontinuous current mode

ZCS

ZVS

Hard switching

Soft switching



동작 상태에 따른 분류동작 상태에 따른 분류 -- 불연속 모드와 연속 모드불연속 모드와 연속 모드

1. 불연속 모드 2. 연속 모드



동작 상태에 따른 분류동작 상태에 따른 분류 -- 불연속 모드와 연속 모드불연속 모드와 연속 모드1. 불연속 모드 입력 전류를 불연속 전류 모드로 제어하는 방식으로 입력전류나 전압을 검출할 필요 없이 일정한 시비율로 스위칭을 하게 되면 입력전류의 피크 값이 입력 전압을 추종하게 되어 입력 전류의 평균값이 그대로 정현파가 되기 때문에 제어가 매우 편리하나 , 전류 리플이 크고 필터링을 하더라도 그림 (b) 의 점선부분과 같이 전류 파형에 왜곡이 생겨 완전한 정현파가 되지 못한다 . 보통 100[w] 급 이하의 소 용량에 주로 응용되고 있다 .

2. 연속모드 입력 전류를 연속 전류 모드로 제어하는 방식으로 입력전류가 정현파가 되도록 스위치의 시비율을 시간에 따라 가변 제어하는 방식이다 . 입력전류 및 전압을 검출하여 입력전류가 입력전압을 따라가게 하는 제어 루프를 따로 두어야 하며 , 출력전압 Regulation 을 위한 전압 제어 루프를 두어야 하므로 제어가 다소 복잡하다 . 그러나 UC3854 와 같은 전용제어 칩이 개발되어 제어회로를 구성하는데 큰 어려움은 없으며 , 주로 100[w] 급 이상의 용량에 응용된다 .



L

RRc

C

Vs

I

RS Q star

tstop

Rs

R1R

2C2

EA 5

V

Vramp

VcCOM

zero-current detector

Vi

기본 회로 구성도기본 회로 구성도 (( 불연속 모드불연속 모드 ))



PFC Controller NCP1601APFC Controller NCP1601A

PFC ICNCP1601

1

2

3

4

8

7

6

5

FB

Vcon

RampCS

Vcc

Drv

GND

Osc

제조사 : ON Semiconductor (Http://onsemi.com)

용도 : PFC Controller IC

특징 : 불연속 모드 동작 (DCM) 사용 과전압 , 저전압 , 과전류 , 열 보호회로 영전위 검출기 내장 사용전압 :9V~18V

그 외 데이터 시트 참조

FB: Feedback/ShutdownVcon: ControlCS: Current SenseOSC: Oscillator/SynchronizationDrv: Drive Output

http://onsemi.com/



PFC Controller NCP1601APFC Controller NCP1601A



최종 완성형 회로도최종 완성형 회로도



소자선정방법 및 실험 결과소자선정방법 및 실험 결과 입력전압 : AC 90~260 (60Hz)

출력전압 : 390V (±5%)

출력전력 : 100W

스위칭 주파수 : 소자의 동작속도 , 스위칭 손실을 감안하여 100[KHz]정도 로 선정하고 스위칭 소자는 MOSFET SPP11N60S5 로 결정 . 또한 스위칭 다이오드는 역 회복 특성이 좋은 1N4934 로 결정 .

정격 계산

Threshold limited current = 225uA

The maximum overvoltage = 225uA X 1.95MΩ + 5V = 443.75V (C 결정 )

Vout = 200uA X 1.95MΩ = 390V

Bios supply design

P = V^2 / R = 265^2 /150 X 10^3 = 0.47W



소자선정방법 및 실험 결과소자선정방법 및 실험 결과 Vcc = Vout / n = 390 / 25 = 15.6V

최저 전압일 경우 커패시터가 충전되는 시간

= tstart = CdV / I = 470 X 10^-6 · 13.75 / (85/15 X 10^-3) = 11.4S

효율을 90% 라 가정하면 입력전력은

Pin = Pout / η = 100/90% = 111W

입력전류 Iac = Pin / Vac = 111/85 = 1.31Aac

NCP1601 의 데이터 시트를 보면 100 을 달았을 경우 107KHz 임 .

T = 1/f = 9.35uS

L=(Vin-Vout) /Vout X (Vin/Ipk) X (1/f) = 210uH

∴ L = 230uH 로 결정

Cramp > Pin/Vac^2 · 2LIch = 706

∴ Cramp = 680



소자선정방법 및 실험 결과소자선정방법 및 실험 결과

이와 같은 계산을 통해 소자의 정격을 산정함실험 결과실험 결과

부품 선정 문제와 소자 수급 지연으로 인해 현재 실험 진행 중

Current sense resistor

I(OCP) = (Rs · 200uA – 3.2mV)/Rcs = 3.936A

I(ZCD) = (Rs ·14uA – 7.5mV)/Rcs = 143uA

Rcs = (Rs ·200uA-3.2mV)/I(OCP) = 0.028Ω

중략

Boost-Converter를 이용한 PFC (Power factor...

Documents

Transcript of Boost-Converter를 이용한 PFC (Power factor...