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풀 브리지 컨버터 (Full-bridge Converter)

2017.01.25. 20:44

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풀 브리지 컨버터 (Full-bridge Converter)는 하프 브리지 컨버터 보다 큰 출력을 가진 시스템에 주로 사용됩니다. 하프 브릿지는 2개의 스위칭 소자를 가지고 스위칭하는 반면 풀 브리지는 4개의 스위칭 소자를 가지고 상보적으로 스위칭합니다.

그림. 1 풀 브리지 컨버터의 토폴로지

하프 브리지가 입력 전압의 절반을 변압기를 통해 전달했다면 풀 브리지는 입력 전압의 크기 그대로를 변압기를 통해 전달합니다. 같은 power라면 풀 브리지가 하프 브리지에 비해 입력 전류가 절반입니다. 스위칭 소자는 고전압으로 가는 것이 고전류로 가는 것보다는 수월하기 때문에 풀 브리지 타입이 더 큰 용량을 가질 수 있습니다.

그림. 2 S1 ON, S4 ON

그림. 3 S1 ON, S3 ON

그림. 4 S2 ON, S3 ON

그림. 5 S2 ON, S4 ON

그림 2는 스위칭 소자 S1, S4가 ON 인 상태로 입력전압을 변압기를 통해 2차 측에 전달합니다. 이때 인덕터에 걸리는 전압은 식 1과 같습니다.

식. 1

그림 3은 스위칭 소자 S1, S3가 ON 상태로 변압기 양단에 걸리는 전압은 0이므로 2차 측에 전달되는 전압 역시 0입니다. 변압기의 2차측 전압이 0이므로 변압기에 걸리는 전압은 -Vout이 됩니다.그림 4는 스위칭 소자 S2, S3가 ON인 상태로 마찬가지로 입력 전압이 변압기를 통해 2차 측에 나타나게 됩니다. 이때 인덕터에 걸리는 전압은 식 1과 같으며, 흐르는 전류의 방향은 첫 번째 step 과는 반대 방향입니다.

그림. 6 풀 브리지 컨버터의 스위칭 시퀀스와 인덕터 전류, 인덕터 전압

풀 브리지 컨버터의 4개 step을 타이밍 선도로 나타내면 그림 6과 같이 나타낼 수 있습니다. 인덕터에 걸리는 전압에 대해 voltage-second 평형 조건을 적용하면 식 2와 같이 정리할 수 있으며, 입력 전압과출력 전압에 대한 관계식을 얻을 수 있습니다.

식. 2