DC-DC 벅 컨버터를 이용한 배터리 충전시스템에 관한 연구

Abstract

현재 인류가 가장 널리 이용하고 있는 전기 에너지의 대부분은 화력발전이나 원자력발전을 통해서 얻고 있다. 하지만 최근 급속한 산업의 발달과 생활수준의 향상으로 전력수요의 지속적인 증가와 화석에너지의 고갈, 환경오염 문제 등으로 신재생에너지의 개발을 필요로 하고 있다. 각 선진국에서는 이러한 이유로 태양광발전에 관한 연구 및 보급 사업을 정부 주도로 강력하게 추진 중이다. 우리나라에서도 태양광, 풍력, 연료전지를 3대 중점사업으로 신재생에너지의 개발 및 보급에 힘쓰고 있다. 신재생에너지 중 에너지를 저장하는 연료전지와 광기전력 효과를 이용하여 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 사용하는 태양광발전은 배터리 및 배터리 충전장치가 중요하다고 할 수 있으며 이 충전장치를 효율적으로 설계하기 위하여 필요 한 것이 직류-직류 변환기이다. 직류-직류 변환기는 직류 전압을 크기가 다른 직류 전압으로 변환하는 전력전자회로이며 출력을 제어하는 데 많이 사용된다. 집적화 기술이 발달함에 따라 다양한 전자 기기의 직류 안정화 전원으로서 폭넓게 이용되고 있는 직류전원 장치는 고주파 스위칭 작용을 이용하여 직류 출력 전압으로 변환시키는 직류-직류 변환기의 회로부분과 출력전압을 안정화 시키는데 필요한 제어회로로 나눌 수 있다. 직류-직류 컨버터 중에서 벅(Buck)컨버터는 중․소형의 직류 안정화 전원장치로 많이 이용되고 있다. 벅 컨버터는 모든 신호 체인 디바이스에 안정된 전원을 공급하기 위해 필요하며 높은 효율을 유지하기 위해서는 스위칭 컨트롤을 필요로 한다. 그러나 벅(Buck) 컨버터 시스템의 상당 부분을 차지하는 커패시터나 인덕터 등의 에너지 축적용 소자가 많이 이용되고 있으며 이로 인해 소형․경량화에 대한 요구는 필수적이다. 에너지 축적용 소자의 소형화를 위해서는 컨버터의 스위칭 주파수를 높여야 한다. 그러나 이러한 고주파스위칭은 스위칭 소자의 스위칭 손실은 전이기간 동안 스위치의 전류와 전압이 중복되는 문제점을 나타내었다. 본 논문에서는 Buck 컨버터 방식을 이용한 배터리의 충전제어기에 대한 이론적 해석을 통하여 ATmel 사의 AVR RISC 8-bit 마이크로프로세서 ATmega128을 이용하여 Buck 컨버터 방식의 베터리 충전기를 설계 및 구성하고 배터리의 충전전류 제어에 대한 실험을 통해 충전특성을 고찰하고자 한다.