시스템 수준의 혁신으로 최고의 효율성 목표 달성

오늘날의 부품 및 토폴로지 혁신을 통해 이전보다 훨씬 높은 효율성을 갖춘 전력 변환 시스템을 구현할 수 있습니다. 새롭게 부상하는 DC 그리드 시스템은 기존의 중앙 집중식 AC 그리드 시스템보다 훨씬 더 단순하고 효율적이며 안정적인 고전압 솔루션을 제공합니다. 예를 들어, 광발전(PV) 전력 시스템은 PV 패널에서 120V 또는 240V AC 그리드로 전력 변환 단계를 하나만 필요로 합니다. 분산 DC 그리드 시스템은 고전압 전력 변환을 크게 간소화하고 시스템 가용성과 안정성을 높일 수 있습니다.

시스템 아키텍처 혁신 외에도, 제어 시스템 혁신은 고전압 전력 변환 시스템을 간소화하고 개선하는 또 다른 방법입니다. 계속해서 PFC를 예로 들어 보겠습니다. AC와 관련된 고전력 애플리케이션에서는 CCM PFC가 더 낮은 인덕터 리플 전류를 허용하므로 가장 먼저 선택되어야 합니다. 따라서 더 작은 차동 전자기 간섭(EMI) 필터가 필요합니다. CCM PFC와 비교했을 때, 임계 전도 모드(CRM) PFC는 PFC 인덕터 전류가 항상 0에서 시작하거나 더 작은 인덕턴스로 음수로 시작하므로 턴온 순간 전원 스위치의 전류가 거의 0에 가깝기 때문에 스위칭 손실이 훨씬 적고 효율이 높습니다. 하지만 동일한 전력을 공급할 때는 인덕터 전류 리플이 CCM PFC보다 훨씬 높기 때문에 EMI 필터 설계가 어려워질 수 있습니다.

효율성과 차동 EMI 잡음 수준 사이의 적절한 균형을 제공하는 세 번째 옵션은 다중 모드 작동으로, 모든 AC 사이클에서 CCM과 CRM 작업을 조합하여 제공합니다. 다중 모드 작동 시 PFC가 AC 사이클에서 CCM과 CRM을 모두 작동할 수 있도록 PFC 인덕터 인덕턴스는 CCM 작동에 사용되는 PFC 인덕터에 비해 작지만 CRM 작동에 사용되는 PFC 인덕터보다 커야 합니다. 그림 11에서는 이 세 가지 모드에서 리플 전류 엔벨로프를 보여줍니다.

그림 12에서는 동일한 사양의 다중 모드 PFC와 CRM PFC(제로 전압 스위칭이 보장된다고 가정) 사이의 손실 비교를 보여줍니다. 다중 모드 PFC 설계에는 60kHz~250kHz 범위의 작동 주파수를 지원하는 150µH PFC 인덕터가 있고, CRM PFC 설계에는 75kHz~750kHz 범위의 작동 주파수를 가진 25µH PFC 인덕터가 있습니다. 결과적으로 CRM PFC는 더 높은 작동 주파수와 더 작은 인덕터를 사용하여 절반 부하에서 FET 손실을 40% 이상 줄입니다. 이는 고효율 고전압 전력 변환 시스템이 소프트 스위칭 토폴로지를 채택하는 방향으로 이동해야 함을 나타냅니다.