[논문]감소된 DC-옵셋 전류를 가지는 비대칭 하프 브리지 컨버터

유찬훈; 윤한신; 정연호; 문건우

감소된 DC-옵셋 전류를 가지는 비대칭 하프 브리지 컨버터
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유찬훈 (Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)) , 윤한신 (Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)) , 정연호 (Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)) , 문건우 (Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST))

본 논문에서는 비대칭 하프브리지 컨버터의 비대칭 시비율을 개선한 컨버터를 제안한다. 일반적인 비대칭 하프 브리지 컨버터의 경우 홀드업 타임 조건 때문에 넓은 입력 전압 범위를 가지게 되고, 정상 동작시 스위치의 비대칭 동작이 심화 된다. 이러한 스위치의 비대칭 동작으로 변압기의 자화 전류 옵셋이 증가하고 변압기 부피 및 2차측 정류기들의 전압 불균형이 심화되어 컨버터 효율이 감소하게 된다. 하지만 제안된 컨버터에서는 보조 스위치와 보조 커패시터를 이용, 변압기의 권선비를 조정하여 정상 동작 시 정류기들의 비대칭을 저감하였고, 변압기의 자화 전류 옵셋을 감소시켜 높은 효율을 달성하였다. 제안된 컨버터의 타당성을 검증 하기 위해 300W 프로토 타입을 제작하여 실험을 진행 하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 1차측 보조 스위치 및 1차측 보조 커패시터를 적용한 비대칭 하프브리지 컨버터를 제안한다. 제안 회로는 홀드 업 동작 시 보조 스위치를 동작하여 변압기 턴비를 조정하여 낮은 입력에서의 높은 출력 전압을 얻는다.
본 논문에서는 기존의 비대칭 하프 브리지 컨버터의 성능을 개선 시키기 위한 회로를 제안 하였다. 제안한 컨버터는 정상 상태에서 기존 보다 더 높은 시비율로 1차측 스위치를 동작시킨다.

제안 방법

또한 2차측 전압 불균형 또한 감소 시켜 높은 효율을 획득할 수 있다. 본 논문에서는 제안 회로의 동작 원리를 설명하고 분석한 뒤 실험을 통해 그 동작을 검증 한다.
본 논문에서는 1차측 보조 스위치 및 1차측 보조 커패시터를 적용한 비대칭 하프브리지 컨버터를 제안한다. 제안 회로는 홀드 업 동작 시 보조 스위치를 동작하여 변압기 턴비를 조정하여 낮은 입력에서의 높은 출력 전압을 얻는다. 따라서 정상 동작 시에서는 턴비를 증가 시켜 비대칭 시비율을 저감, 변압기의 자화 전류의 옵셋전류를 감소 시켜 변압기의 부피를 저감하였다.
은 제안하는 비대칭 하프-브리지 컨버터의 회로도이다. 제안하는 회로는 기존의 컨버터에 비해 입력 전압 범위를 낮게 설계 하고, 홀드업 타임 동안에는 보조 스위치를 동작시켜 원하는 출력 전압을 유지 하게 된다. 보조 스위치가 동작을 할 경우, 실제적으로 변압기의 턴비가 변경되는 효과로 인하여 컨버터는 더 높은 전압 이득을 얻을 수 있게 된다.
본 논문에서는 기존의 비대칭 하프 브리지 컨버터의 성능을 개선 시키기 위한 회로를 제안 하였다. 제안한 컨버터는 정상 상태에서 기존 보다 더 높은 시비율로 1차측 스위치를 동작시킨다. 이러한 높은 시비율 동작은 회로의 DC-옵셋 전류를 감소 시키고, 뿐만 아니라 2차측 정류기들의 전압 불균형 또한 감소 시킨다.

성능/효과

이러한 높은 시비율 동작은 회로의 DC-옵셋 전류를 감소 시키고, 뿐만 아니라 2차측 정류기들의 전압 불균형 또한 감소 시킨다. DC-옵셋 전류의 감소로 최적화된 변압기 설계가 가능 하며, 기존 대비 변압기의 크기가 30%정도 감소 하였다. 뿐만 아니라 회로의 전체적인 효율 또한 증가하였다.
제안 회로는 홀드 업 동작 시 보조 스위치를 동작하여 변압기 턴비를 조정하여 낮은 입력에서의 높은 출력 전압을 얻는다. 따라서 정상 동작 시에서는 턴비를 증가 시켜 비대칭 시비율을 저감, 변압기의 자화 전류의 옵셋전류를 감소 시켜 변압기의 부피를 저감하였다. 또한 2차측 전압 불균형 또한 감소 시켜 높은 효율을 획득할 수 있다.
는 2차측 정류기들의 전압 파형을 나타낸 그림이다. 제안 회로에서 2차측 정류기들의 전압 불균형이 감소 하였음을 확인 할수 있다.
에 나타내었다. 제안 회로에서의 변압기 부피가 기존 대비 약 30%정도 감소 하였다.

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