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[국내논문] LLC 공진형 하프브릿지 컨버터의 동기정류기 구동회로에 관한 연구
A Study on the Synchronous Rectifier Driver Circuits in the LLC Resonant Half-Bridge Converter 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.30 no.1, 2016년, pp.79 - 86  

안태영 (Dept. of Electronics Eng., Cheongju Univ.) ,  임범선 (Dept. of Electronics Eng., Cheongju Univ.)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a current-driven synchronous rectifier driver circuit for LLC resonant half-bridge converters. The proposed driver circuit detects a relatively low current in the primary side of the transformer although a large current is flowing in the secondary side. Due to this feature,...

주제어

#LLC Half Bridge Converter   #Synchronous Rectifier   #Resonant Switching   #Current Driven SR  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 낮은 출력에서 동기정류기 구동은 구동전력 손실 때문에 오히려 손실이 증가하는 것을 방지하기 위해서이다. 그림 11은 부하 전류에 대한 내부 전력손실을 나타내었으며, 그림 12에서는 전력변환 효율을 나타내었다.
  • 본 논문에서는 LLC 공진형 하프브릿지 컨버터의 변압기 1차측에서 전류를 검출하는 전류구동 방식의 동기 정류기 구동회로를 제안하였다. 제안된 회로는 1kW급 LLC 공진형 하프브릿지 컨버터 시제품을 적용하여 설계 및 제작하고 다이오드 정류방식과 그 성능을 비교 분석하였으며 그 결과를 보고하였다.
  • 본 논문에서는 큰 출력 전류에서 높은 전력 변환 효율을 얻을 수 있도록 LLC 공진형 컨버터를 사용하고, 변압기 2차측에 동기정류기를 사용하며, 그 스위치를 구동하기 위해서 변압기 1차측에 흐르는 전류를 전압으로 변환시켜주는 전류-전압 변환회로, 안정된 상태에서 동기 정류기를 구동시키기 위한 스위치 보호 논리회로, 고주파 스위칭에서 두 개의 동기정류기 스위치를 정확하게 구동하기 위한 새로운 구동회로를 제안하였다. 제안된 동기정류기 및 구동회로는 1kW급 시제품을 설계 및 제작하여 다이오드 정류방식과 그 성능을 비교 분석하였으며 그 결과를 보고한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스위칭 전원장치란? 일반적으로 스위칭 전원장치는 안정된 직류 출력을 목적으로 하는 전력 변환 장치이다. 특히 낮은 전압과 높은 출력 전류를 갖는 스위칭 전원장치는 출력의 정류 손실 때문에 전력 변환 효율이 낮게 되며 과도한 열이 발생하고 제품의 수명이 단축되는 문제가 있어서 변압기 2차측에 존재하는 정류기의 다이오드 대신에 MOSFET와 같이 낮은 도통 저항을 갖는 반도체 스위치를 사용한 동기 정류기를 널리 사용하고 있으며 동기정류기를 사용하게 되면 정류 손실을 줄일 수 있어서 큰 출력 전류에서 높은 효율을 유지할 수 있고 발열을 줄여서 제품의 수명을 연장할 수 있는 방식으로 널리 알려져 있다[1-3].
다이오드 정류기의 LLC 공진형 하프브릿지 컨버터의 역할은? 그림 1에는 다이오드 정류기의 LLC 공진형 하프브릿지 컨버터의 기본회로가 나타나 있다. 그림의 좌측에 직류 입력이 있으며, 두 개의 스위치를 직렬로 구성하고 두 개의 스위치를 번갈아 스위칭 하여 입력전압을 공진회로에 펄스 상태로 순차적으로 인가하는 역할을 한다. 공진 전류를 발생시키는 공진 소자는 한개의 커패시터와 두 개의 인덕터를 이용하며 변압기는 두 번째 인덕터와 병렬로 구성하게 된다.
동기정류기를 사용하게 되었을 때 장점은? 일반적으로 스위칭 전원장치는 안정된 직류 출력을 목적으로 하는 전력 변환 장치이다. 특히 낮은 전압과 높은 출력 전류를 갖는 스위칭 전원장치는 출력의 정류 손실 때문에 전력 변환 효율이 낮게 되며 과도한 열이 발생하고 제품의 수명이 단축되는 문제가 있어서 변압기 2차측에 존재하는 정류기의 다이오드 대신에 MOSFET와 같이 낮은 도통 저항을 갖는 반도체 스위치를 사용한 동기 정류기를 널리 사용하고 있으며 동기정류기를 사용하게 되면 정류 손실을 줄일 수 있어서 큰 출력 전류에서 높은 효율을 유지할 수 있고 발열을 줄여서 제품의 수명을 연장할 수 있는 방식으로 널리 알려져 있다[1-3].
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참고문헌 (12)

  1. Po-Yuan Chen, Masahito Jinno, and Yu-Min Shie, "Research on the Reverse Conduction of Synchronous Rectifiers", IEEE Trans. on I.E, Vol. 55, No. 4, APRIL 2008 PP 1570-1575. 

  2. X. Wu, G. Hua, J. Zhang, Z. Qian, "A New Current-Driven Synchronous Rectifier for Series-Parallel Resonant(LLC) DC-DC Converter", IEEE Trans. on I.E, Volume 58, Issue 1, January 2011, Page(s) : 289-297. 

  3. J. Zhang, J. Liao, J. Wang, Z. Qian, "A Current-Driving Synchronous Rectifier for an LLC Resonant Converter With Voltage-Doubler Rectifier Structure", IEEE Trans. on P.E, Volume 27, Issue 4, April 2012 Page(s) : 1894-1904. 

    상세보기 crossref

  4. J. Zhang, J. Wang, G. Zhang, Z. Qian, "A Hybrid Driving Scheme for Full-Bridge Synchronous Rectifier in LLC Resonant Converter", IEEE Trans. on P.E, Voulme 27, Issue 11, November 2012 Page(s) : 4549-4561. 

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  5. D. Fu, Y, Liu, Lee, "A Novel Driving Scheme for Synchronous Rectifiers in LLC Resonant Converters", IEEE Trans. on P. E, Volume 24, Issue 5, May 2009, Page(s) : 1321-1329. 

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  6. T. Qian, W. Son, Lehman ""Self-driven synchronous rectification scheme without undesired gate-voltage discharge for DC-DC converters with symmetrically driven transformers", IEEE Trans. on P. E, Volume 23, Issue 1, Jan 2008, Page(s) : 506-510. 

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  7. X. Xie, J. C. P. Liu, F. N. K. Poon, M. H. Pong "A novel high frequency current-driven synchronous rectifier applicable to most switching topologies", IEEE Trans. on P. E, Volume 16, Issue 5, Sep 2001, Page(s) : 635-648. 

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  8. W. Eberle, Z. Zhang, Y. Liu, P. C. Sen "A current source gate driver achieving switching loss savings and gate energy recovery at 1-MHz", IEEE Trans. on P. E, Volume 23, Issue 2, Mar 2008, Page(s) : 678-691. 

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  9. X. Xie, J. Zhang, C. Zhao, Z. Zhao, Z. Qian "Analysis and optimization of LLC resonant converter with a novel over-current protection circuit", IEEE Trans. on P. E, Volume 22, Issue 2, Mar 2007, Page(s) : 435-443. 

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  10. X. Zhou, M. Donati, L. Amoroso, F. C. Lee "Improved light-load efficiency for synchronous rectifier voltage regulator module", IEEE Trans. on P. E, Volume 15, Issue 5, Sep 2000, Page(s) : 826-834. 

    상세보기 crossref

  11. Joonmin Lee, Min-Gi Park, Young Keun Lee, Jae-Du La "Study of High Efficiency LLC Resonant Converter for a Battery Charger of Emergency Electric Power Generator Control System", Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers 27(10), Oct 2013, Page(s) : 93-100. 

  12. Yeung-Suk Kim, Young-Tae Kim "Adaptive Current Control of Power LEDs Using Half-Bridge LLC Resonant Converter", Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers 27(4), Apr 2013, Page(s) : 48-53. 

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