기본 시스템 파라미터 설정

본 시뮬레이션은 입력 전압 400V, 출력 전압 220V를 목표로 하며, 전류 공진 인덕턴스 L = 200μH, 출력 필터 커패시턴스 C = 20μF, 부하 출력력 500W 조건에서 진행된다. 이 파라미터는 두 모드인 TCM(임계 도전 모드)과 CCM(연속 도전 모드)의 동작 특성을 비교 분석하는 데 기초가 된다.

TCM 모드 시뮬레이션 구현

TCM 모드는 전체 주기 동안 ZVS(제로 전압 스위칭)를 달성할 수 있어 스위칭 손실을 크게 줄이는 장점이 있다. 외부 전압 제어 루프에는 프로포셔널-레조넌스 (PR) 제어기를 사용하여 정적 오차를 완전히 제거한다.

% 기본 시스템 파라미터
Vin = 400;          % 입력 전압 (V)
Vref = 220;         % 목표 출력 전압 (V)
L = 200e-6;         % 인덕턴스 (H)
C = 20e-6;          % 커패시턴스 (F)
P_load = 500;       % 부하 전력 (W)

% PR 제어기 파라미터
Kp_pr = 1.0;
Kr_pr = 10.0;
omega_r = 2 * pi * 50;  % 50Hz 기준 각주파수

% 시뮬레이션 시간 설정
t_start = 0;
t_end = 0.1;
dt = 1e-6;

% 초기 상태 변수
time_vec = t_start:dt:t_end;
v_out = zeros(size(time_vec));
i_ind = zeros(size(time_vec));
error_prev = 0;

% 시뮬레이션 루프
for idx = 2:length(time_vec)
    % 전압 오차 계산
    error = Vref - v_out(idx-1);
    
    % PR 제어 신호 생성
    control_cmd = Kp_pr * error + Kr_pr * (error - error_prev) / (omega_r * dt);
    
    % 인덕턴스 전류 변화량 계산 (디지털 적분)
    di_dt = (Vin - v_out(idx-1)) / L * dt;
    i_ind(idx) = i_ind(idx-1) + di_dt;
    
    % 출력 전압 변화량 계산
    dv_dt = (i_ind(idx) - P_load / v_out(idx-1)) / C * dt;
    v_out(idx) = v_out(idx-1) + dv_dt;
    
    error_prev = error;
end

% 결과 시각화
figure;
plot(time_vec, v_out, 'b', 'LineWidth', 1.2);
xlabel('시간 (초)');
ylabel('출력 전압 (V)');
title('TCM 모드에서의 단상 인버터 출력 전압');
grid on;

CCM 모드 시뮬레이션 구현

CCM 모드에서는 외부 루프에 PR 제어기를, 내부 루프에 PI 제어기를 적용하여 전압과 전류를 병렬 제어한다. 외부 제어기는 출력 전압의 정밀 조절을 담당하고, 내부 제어기는 인덕턴스 전류의 반응성을 향상시킨다.

% CCM 모드 제어기 파라미터
Kp_outer = 1.0;     % PR 외부 제어기 비례 계수
Kr_outer = 10.0;    % PR 외부 제어기 공명 계수
Kp_inner = 0.5;     % PI 내부 제어기 비례 계수
Ki_inner = 1.0;     % PI 내부 제어기 적분 계수

% 초기값 설정
int_error = 0;
prev_error = 0;

% 시뮬레이션 루프
for idx = 2:length(time_vec)
    % 외부 루프: 출력 전압 오차 기반 제어
    voltage_error = Vref - v_out(idx-1);
    outer_control = Kp_outer * voltage_error + Kr_outer * (voltage_error - prev_error) / (omega_r * dt);
    prev_error = voltage_error;
    
    % 내부 루프: 전류 오차 기반 피드백
    current_error = outer_control - i_ind(idx-1);
    int_error = int_error + current_error * dt;
    inner_control = Kp_inner * current_error + Ki_inner * int_error;
    
    % 시스템 동역학 업데이트
    di_dt = (Vin - v_out(idx-1)) / L * dt;
    i_ind(idx) = i_ind(idx-1) + di_dt;
    
    dv_dt = (i_ind(idx) - P_load / v_out(idx-1)) / C * dt;
    v_out(idx) = v_out(idx-1) + dv_dt;
end

% 결과 플롯
figure;
plot(time_vec, v_out, 'r', 'LineWidth', 1.2);
xlabel('시간 (초)');
ylabel('출력 전압 (V)');
title('CCM 모드에서의 단상 인버터 출력 전압');
grid on;

두 모드 모두 동일한 시스템 파라미터와 시간 간격을 기반으로 시뮬레이션되며, 제어 전략의 차이에 따라 출력 전압의 응답 특성과 안정성이 달라진다. TCM 모드는 저손실 작동을 강조하고, CCM 모드는 더 높은 전류 제어 정밀도를 제공한다. 이를 통해 실제 설계 시 요구되는 성능 요건에 맞춰 최적의 모드를 선택할 수 있다.