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Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13745(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

에너지 저장 시스템에는 양방향 DC-DC 변환기가 필요합니다. 고효율과 높은 승압 및 강압 전환율이 개발 추세입니다. 본 연구에서는 탭 인덕터와 양방향 Cuk를 결합하여 일련의 양방향 고이득 Cuk 회로를 파생했습니다. 각 회로의 특성을 분석하고 비교한 후 탭 인덕터(역결합)를 사용한 양방향 고이득 Cuk 회로를 제안했습니다. 제안된 컨버터는 구조가 간단하고 강압(Buck) 동작 모드와 승압(Boost) 동작 모드 모두에서 높은 전압 이득을 갖는다. S2의 전압 스트레스는 낮았습니다. 그러나 S1의 전압 스트레스는 높았으며 이는 제안된 컨버터의 단점이다. 제안된 회로의 특성은 전압이득 특성, 주요 매개변수의 설계 등 철저하게 검토되었다. 새로운 토폴로지의 전력 손실 모델을 구축했으며, 고효율을 위해 탭-인덕터 권선비를 최적화했습니다. 마지막으로, 컨버터의 400W 실험적 구현은 승압 모드와 강압 모드에서 각각 93.5%와 92.4%의 효율을 달성하는 것으로 나타났습니다. 이러한 결과는 제안된 회로의 이론적 분석의 타당성을 검증했습니다.

최근 화석 연료의 부족과 심각한 환경 문제로 인해 환경 친화적인 분산 발전(DG) 기술 개발에 많은 노력이 집중되어 왔습니다1. 그러나 재생에너지는 기상 조건으로 인해 일정한 에너지를 생산하지 못합니다. 안정적인 전력을 공급하기 위해서는 에너지 저장장치가 필요합니다2. 또한, 축전지의 전압은 일반적으로 12~48V 범위로 낮은 반면, DC 버스의 전압은 인버터 또는 AC 그리드3의 요구 사항을 충족하기 위해 400V 이상입니다. 결과적으로, 저전압 배터리를 고전압 DC 버스에 연결하는 에너지 저장 시스템에는 승압/강압 전압 변환 비율이 높은 양방향 DC-DC 컨버터가 필요합니다4. 또한 이러한 컨버터는 무정전 전원 공급 장치 시스템, 전기 자동차 및 항공 전원 공급 장치5를 포함한 광범위한 산업 응용 분야에 대해 광범위하게 연구되었습니다. 기존의 벅-부스트 컨버터는 큰 듀티비로 높은 전압 이득을 제공할 수 있는데, 이는 큰 전류 리플로 인해 상당한 전도 손실을 초래합니다. 또한 절연 토폴로지를 기반으로 하는 여러 양방향 DC-DC 변환기가 문헌에 제시되었습니다. 이러한 토폴로지에는 변압기와 많은 수의 스위칭 장치가 필요하므로 비용과 스위칭 손실이 증가하고 더 복잡한 제어 방식이 필요합니다.

컨버터의 전압이득과 효율을 향상시키기 위해 높은 승압/강압 변환비를 갖는 양방향 DC-DC 컨버터가 많이 제안되었다. 참고문헌 6에서는 각 레벨 변환기의 이득을 곱하여 이득을 계산하는 양방향 변환기의 비율 범위를 넓히기 위해 캐스케이드 방법을 사용했습니다. 하지만 캐스케이드 현상으로 인해 효율성이 낮았고, 불안정한 문제도 있었다. 참고문헌 7에서 제안한 컨버터는 저전압측을 병렬, 고전압측을 직렬로 연결하여 양방향 DC-DC 컨버터의 변환율을 향상시켰으나, 컨버터의 구조가 복잡하였다. 스위치드 커패시터8,9, 스위치드 인덕터10, 결합형 인덕터11와 같은 몇 가지 매력적인 솔루션이 기본 양방향 DC/DC 컨버터에 도입되어 전압 변환 비율을 높였습니다. 제안된 양방향 브리지 모듈형 스위치드 커패시터 기반 공진형 DC-DC 컨버터는 스위치드 커패시터 유닛을 통해 높은 승압/강압 변환 비율을 달성했습니다. 그러나 많은 수의 스위치를 사용하였고, 공진으로 인해 스위치에 가해지는 전압 및 전류 스트레스가 높았다. 결과적으로 9에서 제안한 회로는 스위치 수를 줄였음에도 불구하고 변환 비율 범위가 제한적이었다. 참고문헌 10은 높은 승압/강압 전압 이득을 갖는 양방향 DC-DC 컨버터를 구축하기 위해 결합 인덕터 기술을 사용했습니다. 토폴로지의 저전압 측 전류 파형이 구형파였기 때문에 전류 리플이 컸다. 또한, 참고문헌 11에서는 두 결합 인덕터의 2차 권선을 직렬로 연결하여 높은 전압 이득과 감소된 스위치 전압 스트레스를 달성할 수 있는 이중 결합 인덕터 기반의 비절연 양방향 DC-DC 컨버터에 대해 논의했습니다. 그러나 이를 위해서는 복잡한 제어가 필요했습니다.