현 시대의 전원장치는 초소형화, 초고밀도화 추세에 따라 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전원장치의 고전력밀도화를 실현하기 위해서는 전력변환 컨버터 내에서 가장 큰 부피를 차지하는 자성체 및 리액티브 소자의 사이즈를 최소화시켜야 하며, 이를 위한 고주파 구동이 필수적이다. 하지만 고주파수 구동 시에 전압과 전류의 중첩으로 인한 스위칭 손실이 주파수에 비례하여 발생하기 때문에 스위치에 심각한 효율 저하 및 발열을 초래한다. 이로 인해 큰 방열판이 요구되기 때문에 고밀도화에 어려움이 존재한다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서 제안된 방식은 스위칭 특성이 우수한 GaN-FET 적용을 통하여 스위칭 주파수를 상승시켜 인덕터와 ...
현 시대의 전원장치는 초소형화, 초고밀도화 추세에 따라 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전원장치의 고전력밀도화를 실현하기 위해서는 전력변환 컨버터 내에서 가장 큰 부피를 차지하는 자성체 및 리액티브 소자의 사이즈를 최소화시켜야 하며, 이를 위한 고주파 구동이 필수적이다. 하지만 고주파수 구동 시에 전압과 전류의 중첩으로 인한 스위칭 손실이 주파수에 비례하여 발생하기 때문에 스위치에 심각한 효율 저하 및 발열을 초래한다. 이로 인해 큰 방열판이 요구되기 때문에 고밀도화에 어려움이 존재한다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서 제안된 방식은 스위칭 특성이 우수한 GaN-FET 적용을 통하여 스위칭 주파수를 상승시켜 인덕터와 커패시터의 용량 및 체적을 저감하고, 고주파수 특성이 우수한 평면형 인덕터를 적용함으로써 자기소자의 부피 저감을 통해 전원장치의 고전력밀도화 및 모듈화가 가능하다. 또한, 방열 플레이트 및 써멀-폴, 케이스로 구성된 다면 방열 구조를 적용함으로써 다층 PCB 및 회로 소자에서 발생하는 발열을 효과적으로 분산시키며 외부로 방출하므로 방열 효과를 향상 시킬 수 있다. 이를 통해 방열판의 사이즈를 축소시킬 수 있으므로 전원장치의 소형화 및 고전력밀도화 구현이 가능하다. 본 논문에서는 제안 컨버터의 효율을 극대화하기 위해 이론적인 분석을 바탕으로 회로를 최적 설계하고, 열해석시뮬레이션을 통해 제안하는 다면 방열 구조의 냉각 방식이 효과적이라는 것을 검증한다. 최종적으로, 제안된 방식의 우수성과 이론적 분석의 타당성을 검증하기 위해 가로 45mm × 세로 30mm × 높이 10mm의 300W급 모듈형 벅 컨버터 시작품을 제작하여 고찰된 실험 결과를 제시한다.
현 시대의 전원장치는 초소형화, 초고밀도화 추세에 따라 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전원장치의 고전력밀도화를 실현하기 위해서는 전력변환 컨버터 내에서 가장 큰 부피를 차지하는 자성체 및 리액티브 소자의 사이즈를 최소화시켜야 하며, 이를 위한 고주파 구동이 필수적이다. 하지만 고주파수 구동 시에 전압과 전류의 중첩으로 인한 스위칭 손실이 주파수에 비례하여 발생하기 때문에 스위치에 심각한 효율 저하 및 발열을 초래한다. 이로 인해 큰 방열판이 요구되기 때문에 고밀도화에 어려움이 존재한다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서 제안된 방식은 스위칭 특성이 우수한 GaN-FET 적용을 통하여 스위칭 주파수를 상승시켜 인덕터와 커패시터의 용량 및 체적을 저감하고, 고주파수 특성이 우수한 평면형 인덕터를 적용함으로써 자기소자의 부피 저감을 통해 전원장치의 고전력밀도화 및 모듈화가 가능하다. 또한, 방열 플레이트 및 써멀-폴, 케이스로 구성된 다면 방열 구조를 적용함으로써 다층 PCB 및 회로 소자에서 발생하는 발열을 효과적으로 분산시키며 외부로 방출하므로 방열 효과를 향상 시킬 수 있다. 이를 통해 방열판의 사이즈를 축소시킬 수 있으므로 전원장치의 소형화 및 고전력밀도화 구현이 가능하다. 본 논문에서는 제안 컨버터의 효율을 극대화하기 위해 이론적인 분석을 바탕으로 회로를 최적 설계하고, 열해석 시뮬레이션을 통해 제안하는 다면 방열 구조의 냉각 방식이 효과적이라는 것을 검증한다. 최종적으로, 제안된 방식의 우수성과 이론적 분석의 타당성을 검증하기 위해 가로 45mm × 세로 30mm × 높이 10mm의 300W급 모듈형 벅 컨버터 시작품을 제작하여 고찰된 실험 결과를 제시한다.
The high efficiency and high power density modular buck converter with multi-surface heat dissipation structure is proposed in this paper. According to recent trend of miniaturization and high performance, high efficiency and high power density are required. In order to achieve high power density, t...
The high efficiency and high power density modular buck converter with multi-surface heat dissipation structure is proposed in this paper. According to recent trend of miniaturization and high performance, high efficiency and high power density are required. In order to achieve high power density, the size of the reactive devices, which occupy the largest volume in the converter, must be minimized, and high frequency driving is essential to reduce the size of it. However, large switching losses have problems of serious efficiency degradation and heat generation due to high frequency driving. Therefore, soft switching methods using additional circuits is used for reducing switching losses or a large heat sink is required to for heat radiation. But, they make difficult to achieve high density and efficiency. Thus, GaN-FETs, which have outstanding switching characteristics, are employed in proposed system to increase the switching frequency. Moreover, by applying a planar inductor, having excellent high frequency characteristics, the volume of the magnetic device is reduced. Furthermore, the proposed heat dissipation structure composed of the plate, thermal-pole and case, effectively dispersed the heat generated in the multi-layer PCB and the circuit element. As a result, the size of the heat sink is greatly reduced, which enables miniaturization of the converter and high power density. The design guidelines of optimal switching frequency and inductance for maximizing the overall system efficiency are presented. To verify a proposed heat dissipation structure , simulation of thermal analysis is proceeded. To confirm the validity of the proposed system, experimental results from a prototype of 364W/in3 modular converter are presented.
The high efficiency and high power density modular buck converter with multi-surface heat dissipation structure is proposed in this paper. According to recent trend of miniaturization and high performance, high efficiency and high power density are required. In order to achieve high power density, the size of the reactive devices, which occupy the largest volume in the converter, must be minimized, and high frequency driving is essential to reduce the size of it. However, large switching losses have problems of serious efficiency degradation and heat generation due to high frequency driving. Therefore, soft switching methods using additional circuits is used for reducing switching losses or a large heat sink is required to for heat radiation. But, they make difficult to achieve high density and efficiency. Thus, GaN-FETs, which have outstanding switching characteristics, are employed in proposed system to increase the switching frequency. Moreover, by applying a planar inductor, having excellent high frequency characteristics, the volume of the magnetic device is reduced. Furthermore, the proposed heat dissipation structure composed of the plate, thermal-pole and case, effectively dispersed the heat generated in the multi-layer PCB and the circuit element. As a result, the size of the heat sink is greatly reduced, which enables miniaturization of the converter and high power density. The design guidelines of optimal switching frequency and inductance for maximizing the overall system efficiency are presented. To verify a proposed heat dissipation structure , simulation of thermal analysis is proceeded. To confirm the validity of the proposed system, experimental results from a prototype of 364W/in3 modular converter are presented.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.