[전기工學(공학) ] 소형 연료전지 시스템을 위한 DC-DC 부스터 컨버터의 설계
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작성일 20-10-28 20:14
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태양광, 풍력 등은 환경 친화적인 長點은 크지만 에너지원으로서 효율성이 낮으며, 지역별로 일조량과 풍량이 다를 뿐 아니라 공간상으로 많은 공간을 차치하므로 실용성이 떨어진다. 다음의 설계된 파라미터들을 이용하여 시뮬레이션을 실시한다. 전압을 높이기 위해서는 구조적으로 여러개의 셀을 적층하여야 하며, 그러한 것 때문에 적층을 통한 승압은 실용전압으로 사용하기에는 부족하다.
이번 논문에서는 연료전지를 입력으로 사용하였다. 이러한 경우에 DC-DC Converter가 필요하다. 해당 변환기를 설계하기 위한 첫 번째 과정으로는 입력 전원과 부하에 대한 기본적인 사양을 조사하는 것이다. 만약, 나타나지 않는다면 보상기의 설계 절차에서 Closed loop 시뮬레이션까지의 과정을 재차 반복한다. 설계된 보상기를 개루프 시스템에 추가한 Closed loop 시뮬레이션을 실시하고, 부하의 變化(Full load↔Half load)에 대해 원하는 출력전압(맥동 1%)이 나타나는지를 확인한다. 하지만 이 과정에서 전력손실이 발생하는 것이 불가피하다. Open loop 시뮬레이션을 실시하여 원하는 출력이 나타나는지를 확인한 후, 보상기의 설계에 들어간다. 이것은 연료전지의 경우 개개의 스택을 직렬 연결함으로써 높은 전압을 얻게 되는데, 너무 많은 스택을 연결 할 시 길이가 길어짐에 따른 제약과 더불어 입력되는 연료의 압력을 높여 주어야 하기 때문이다 이러한 저전압의 연료전지로 실질적인 부하를 구동하기 위해서는 직류-직류 변환기가 필수적이다. 저전압(6.2V)의 대전류의 전원을 고전압(20V)의 저전류로 변환하는데 이것은 시스템의 입출력 전달 전력은 같다는 원리에 의해 이루어진다.
2.2 Boost Converter 설계 3
연료전지 시스템,DC-DC 부스트 컨버터,신재생 에너지,연료전지 특징,DC-DC Converter,Boost Converter,보상기,제어기의 디지털화,
Regulators With the TL494 (Rev. D)
[5] Hang-Seok Choi / Ph. D, `Application Note AN4137 Design Guidelines for Off-line Flyback Converters Using Fairchild Power Switch (FPS)` 2004 1
2.6.2 DLL로 Design 13
2.4.1 개루프 시스템 분석 7
신재생 에너지원 중에서도 가장 주목을 받고 있는 것 중에 하나인 연료전지는 일반적으로 저전압의 특성(特性)을 가진다. 이와 같은 과정이 본 논문의 목적이다. Open loop 시뮬레이션을 실시하여 원하는 출력이 나타나는지를 확인한 후, 보상기의 설계에 들어간다. 이러한 저전압의 연료전지로 실질적인 부하를 구동하기 위해서는 직류-직류 변환기가 필수적이다. 설계된 보상기를 개루프 시스템에 추가한 Closed loop 시뮬레이션을 실시하고, 부하의 변화(Full load↔Half load)에 대해 원하는 출력전압(맥동 1%)이 나타나는지를 확인한다. 보상기의 Type을 선정하였다면, K-factor법을 이용하여 보상기의 세부적인 R, C값을 설계한다. 이것은 연료전지의 경우 개개의 스택을 직렬 연결함으로써 높은 전압을 얻게 되는데, 너무 많은 스택을 연결 할 시 길이가 길어짐에 따른 제약과 더불어 입력되는 연료의 압력을 높여 주어야 하기 때문이다. 보상기 시뮬레이션이 완료되면 실제 소자를 이용하여 회로를 구성하고 Open loop, Closed loop 實驗(실험)을 통해서 전체 DC-DC변환시스템을 구현해본다.
설명
2.7.2 Cortex-M3를 이용한 Design 16
1.3 연료전지를 이용한 노트북 구동
[6] focus.ti.com/lit/an/slva001d/slva001d.pdf -Designing Switching Voltage
Prentice Hall. 2002 2
2.3 Open loop 시뮬레이션 5
신재생 에너지원 중에서도 가장 주목을 받고 있는 것 중에 하나인 연료전지는 일반적으로 저전압의 특성을 가진다. 보상기의 Type을 선정하였다면, K-factor법을 이용하여 보상기의 세부적인 R, C값을 설계한다. 다음의 설계된 파라미터들을 이용하여 시뮬레이션을 실시한다. 직류-직류 변환기는 아래의 그림과 같은 원리로 동작하게 된다. 그것을 바탕으로 듀티비, 인덕턴스, 커패시터를 설계한다.
2.5 Closed loop 시뮬레이션 12
제 1 장 서 론 1
[10] “http://www.st.com/stonline/products/literature/rm/13902.pdf` -STM32F103x8/B Reference Manual
2.2.1 설계사양 4
2.6.1 제어루프 설정 13
1.2 연료전지의 특징과 DC-DC컨버터
2.4.3 K-factor법을 이용한 보상기 설계 9
[8] `http://www.fairchildsemi.com/ds/TL%2FTL431A.pdf` -TL431 Datasheet
[3] 김희준 저. “스위칭 전원의 기본설계” 성안당 2002 1
1.3 연료전지를 이용한 노트북 구동 2
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순서
2.7.2.2 ADC 입력 확인 17
[7] 연료전지 `http://www.bcsfuelcells.com/10-Cell, %2030W%20Stack.htm`
[2] 김희준 저. “스위치모드 파워서플라이” 성안당 2005 9
2.2.1 소자값 설계 4
[전기工學(공학) ] 소형 연료전지 시스템을 위한 DC-DC 부스터 컨버터의 설계
1.1 신재생 에너지의 necessity need 1
2.7.3 설계된 보상기를 이용한 Closed loop 회로의 구성 및 실험 18
2.7.2.3 Cortex-M3와 Boost Converter 절연 17
參考文獻 24
[이용대상]
國文抄錄 ⅳ
[참고資料] [1] DANIEL W.HART 저. 전희종, 홍순찬, 백형래, 원충연 공역. “전력전자工學(공학) ”
다. 해당 변환기를 설계하기 위한 첫 번째 과정으로는 입력 전원과 부하에 대한 기본적인 사양을 조사하는 것이다. 이 연료전지의 출력전압은 6.2V～9V로 노트북(20V)을 구동하기에는 전압이 낮다. 보상기의 경우 변환기의 개루프 전달함수로부터 주파수 응답을 구하고, 적절한 보상기의 Type을 선정하는 것에서 시작한다. 보상기 시뮬레이션이 완료되면 실제 소자를 이용하여 회로를 구성하고 Open loop, Closed loop 실험을 통해서 전체 DC-DC변환시스템을 구현해본다. 1.2 연료전지 특징과 DC-DC Converter 1
2.4.2 보상기의 Type 선정 8
[11] Joseph Yiu 저. `The Definitive Guide to the ARM Cortex-M3` Butterworth-Heinemann. 2008.
[9] “http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/13587.pdf` -STM32F103x8/B Datasheet
2.7.1 Boost Converter 회로 구성 및 Open loop 실험 14
레포트 > 공학,기술계열
2.7.2.1 Cortex-M3 기본 회로도 16
본 논문은 연료전지(6.2V,30W)를 이용하여 노트북(20V,24W-최저전력)을 구동하고자 한다.
제 2 장 본 론 3
[4] NORMANS. NISE 원 저. 박진배 외 5인 공역. “ 제어시스템工學(공학) ” 흥릉과학출 판사 2005 6
제 3 장 결 론 23
일반적으로 연료전지는 저전압 대전류 特性을 가진 직류 전압원이다. 본 논문은 연료전지(6.2V,30W)를 이용하여 노트북(20V,24W-최저전력)을 구동하고자 한다. 이와 같은 과정이 본 논문의 목적이다. 또한 적층으로 인해 스택의 길이가 길어지면 공급하는 연료의 압력을 높여야 하기 때문에 결국 전압을 상승시키는 것에는 한계가 있다 그렇기 때문에 전원으로 사용하기 위해서는 필요한 전압으로 승압시켜야 하는 컨버터가 필요하다. 그러나 연료전지는 환경적인 요소에 effect(영향) 을 받지 않고, 공간적인 측면에서도 발전소건설에 필요한 부지 및 송전, 변전시설이 필요하지 않다. 따라서 고효율의 전력변환기의 제작은 전체 시스템의 효율을 올리는 측면에서 매우 중요하다. 따라서 Boost converter(DC-DC)를 설계하여 노트북에 맞는 전압으로 변환할 것이다. [참고자료] [1] DANIEL W.HART 저. 전희종, 홍순찬, 백형래, 원충연 공역. “전력전자공학” Prentice Hall. 2002 2 [2] 김희준 저. “스위치모드 파워서플라이” 성안당 2005 9 [3] 김희준 저. “스위칭 전원의 기본설계” 성안당 2002 1 [4] NORMANS. NISE 원 저. 박진배 외 5인 공역. “ 제어시스템공학” 흥릉과학출 판사 2005 6 [5] Hang-Seok Choi / Ph. D, `Application Note AN4137 Design Guidelines for Off-line Flyback Converters Using Fairchild Power Switch (FPS)` 2004 1 [6] focus.ti.com/lit/an/slva001d/slva001d.pdf -Designing Switching Voltage Regulators With the TL494 (Rev. D) [7] 연료전지 `http://www.bcsfuelcells.com/10-Cell, %2030W%20Stack.htm` [8] `http://www.fairchildsemi.com/ds/TL%2FTL431A.pdf` -TL431 Datasheet [9] “http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/13587.pdf` -STM32F103x8/B Datasheet [10] “http://www.st.com/stonline/products/literature/rm/13902.pdf` -STM32F103x8/B Reference Manual [11] Joseph Yiu 저. `The Definitive Guide to the ARM Cortex-M3` Butterworth-Heinemann. 2008. [이용대상]
2.7 제작 및 실험 14
2.4.4 보상된 시스템의 분석 10
2.4 보상기 설계 6
2.6 제어기의 디지털화 13
2.1 Boost Converter 동작원리 3
연료전지(Fuel Cell)는 여러 대체에너지 중에서 실용성이 높은 에너지원이다. 보상기의 경우 변환기의 개루프 전달함수로부터 주파수 응답을 구하고, 적절한 보상기의 Type을 선정하는 것에서 시작한다. 특히 에너지 자원이 적고, 발전소 건설을 위한 입지확보가 어려운 우리나라의 실정에 매우 적합한 발전방식이 된다. 만약, 나타나지 않는다면 보상기의 설계 절차에서 Closed loop 시뮬레이션까지의 과정을 재차 반복한다. 따라서 Boost converter(DC-DC)를 설계하여 노트북에 맞는 전압으로 변환할 것이다. 그것을 바탕으로 듀티비, 인덕턴스, 커패시터를 설계한다.
