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[국내논문] 내부 손실이 고려된 LLC 공진형 하프브릿지 컨버터의 정상상태 특성에 관한 연구
A Study on Steady State Characteristics of LLC Resonant Half Bridge Converter Considering Internal Losses 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.22 no.4, 2018년, pp.985 - 991  

안태영 (Department of Applied Electronic Engineering, Cheongju University)

초록
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본 논문에서는 LLC 공진형 하프브릿지 컨버터의 내부손실이 반영된 등가회로를 제안하고, 손실 요소가 포함된 정상상태 특성식을 유도하였다. 그 결과를 이용하여 입출력 전압이득과 입력 임피던스의 주파수 특성을 무손실 모델과 비교하였다. 제안한 모델과 유도식을 검증하기 위해서 최대 전력이 1kW급인 LLC 공진형 하프브릿지 컨버터의 전원장치의 주요 소자를 동일한 조건에서 선정하여 전압이득과 입력 임피던스와 같은 정상상태 특성을 비교하였다. 특히 두 가지 모델에 대한 정상상태 오차를 보다 면밀하게 비교하기 위해서 실제 회로 설계 단계에서 가장 중요하게 고려되는 부하 전류에 대한 스위칭 주파수의 변화를 관찰 하였다. 그 결과 본 논문에서 제안한 모델과 해석 결과로부터 동작 주파수의 오차가 상당 부분 개선되었다는 것을 확인 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, an equivalent circuit reflecting the internal loss of the LLC resonant half bridge converter was proposed and a steady state characteristic equation including the loss factors was derived. Using the results, the frequency characteristics of I/O voltage gain and input impedance were co...

주제어

#Active snubber   #Quasi resonant switching   #Valley switching   #Flyback converter   #AC adaptor  

표/그림 (12)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일반적으로 LLC 공진형 하프브릿지 컨버터의 최적 설계를 위해서는 내부 손실이 고려된 모델을 사용한 정상상태 특성을 분석해야 되지만, 기존에는 무손실 등가 모델을 사용하여 유도된 정상상태 특성식은 오차가 클 수밖에 없었다. 본 논문에서는 LLC 공진형 하프브릿지 컨버터의 내부 손실이 반영된 등가회로를 제안하고, 손실 요소가 포함된 정상상태 특성식을 유도하였으며, 그 결과를 이용하여 입출력 전압이득과 입력임피던스의 주파수 특성을 무손실 모델과 비교하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무부하 조건인 경우에서도 공진주파수에서 이득이 1보다 커지면? 이때 스위칭 주파수가 최저 ωn=0이면, 식 (8)과 같고, ωn=1이면, 식 (10)과 같고, ωn이 무한대로 증가하면, 식 (11)처럼 수렴한다. 특히 무부하 조건인 경우에서도 공진주파수에서 이득이 1보다 커진다는 것을 알 수 있으며 이러한 이유 때문에 스위칭 주파수 범위가 넓어진다. 한편 최대부하 조건인 Q=5인 경우 무손실 조건에서는 공진주파수에서 이득이 1이지만, 손실 모델인 경우 1보다 작아지며 식 (12)로 표현된다.
LLC 공진형 하프브릿지 컨버터 방식의 장점 최근 변압기를 사용 하는 회로방식 중에서 높은 스위칭 주파수 동작이 가능하고, 내부 손실이 적으며, 고효율 동작이 가능한 LLC 공진형 하프브릿지 컨버터 방식이 주목 받고 있다. 이 회로는 두 개의 공진 인덕터와 한 개의 공진 커패시터를 사용하여 공진 주파수 근처에서 스위칭 하는 회로방식으로 변압기 내부의 누설인덕터와 자화인덕터를 공진소자로 이용할 수 있기 때문에 전원장치의 소형화와 제품의 높은 가격 경쟁력을 갖고 있다[1, 2].
LLC 공진형 하프브릿지 컨버터 방식의 주목받고 있는 이유는? 최근 변압기를 사용 하는 회로방식 중에서 높은 스위칭 주파수 동작이 가능하고, 내부 손실이 적으며, 고효율 동작이 가능한 LLC 공진형 하프브릿지 컨버터 방식이 주목 받고 있다. 이 회로는 두 개의 공진 인덕터와 한 개의 공진 커패시터를 사용하여 공진 주파수 근처에서 스위칭 하는 회로방식으로 변압기 내부의 누설인덕터와 자화인덕터를 공진소자로 이용할 수 있기 때문에 전원장치의 소형화와 제품의 높은 가격 경쟁력을 갖고 있다[1, 2].
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참고문헌 (9)

  1. R. Beiranvand, B. Rashidian, M. Zolghadri and S. M. H. Alavi, "A Design Procedure for Optimizing the LLC Resonant Converter as a Wide Output Range Voltage Source," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol.27, no.8, pp.3749-3763, 2012. DOI:10.1109/TPEL.2012.2187801 

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  2. R. Zheng, B. Liu and S. Duan, "Analysis and Parameter Optimization of Start-Up Process for LLC Resonant Converter," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol.30, no.12, pp.7113-7122, 2015. DOI:10.1109/TPEL.2015.2389116 

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  3. I. Lee and G. Moon, "The k-Q Analysis for an LLC Series Resonant Converter," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol.29, no.1, pp.13-16, 2014. DOI:10.1109/TPEL.2013.2255106 

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  4. X. Tan and X. Ruan, "Equivalence Relations of Resonant Tanks A New Perspective for Selection and Design of Resonant Converters," in IEEE Transactions on Industrial Electronics vol. 63, no.4, pp.2111-2123, 2016. DOI:10.1109/TIE.2015.2506151 

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  5. Z. Hu, L. Wng, H. Wang, Y. F. Liu and P. C. Sen, "An Accurate Design Algorithm for LLC Resonant converter-Part1," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol.31, no.8, pp.5435-5447, 2016. 

  6. Z. Hu, L. Wng, H. Wang, Y. F. Liu and P. C. Sen, "An Accurate Design Algorithm for LLC Resonant converter-Part2," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol.31, no.8, pp.5448-5460, 2016. DOI:10.1109/TPEL.2015.2496179 

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  7. X. Fang, H. Hu, F. Chen, U. Somani, J. Shen and I. Batarseh, "Efficiency-Oriented Optimal Design of the LLC Resonant Converter Based on Peak Gain Placement," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol.28, no.5, pp.2285-2296, 2013. DOI:10.1109/TPEL.2012.2211895 

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  8. R. Beiranvand, M. Zolghadri, B. Rashidian and S. M. H. Alavi, "Optimizing the LLC-LC Resonant Converter Topology for Wide Output Voltage and Wide Output Load Applications," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol.26, no.11, pp.3192-3204, 2011. DOI:10.1109/TPEL.2011.2143429 

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  9. Z. Fang, T. Cai, S. Duan and C. Chen, "Optimal Design Methodology for LLC Resonant Converter in Battery Charging Applications Based on Time-Weighted Average Efficiency," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol.30, no.10, pp.5469-5483, 2015. DOI:10.1109/TPEL.2014.2379278 

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