광범위 출력전압 제어가 가능한 LLC 공진형 전력변환기
An LLC Resonant Power Converter Capable of Wide-Range Output Voltage Control
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초록
본 논문에서는 광범위 출력전압 제어가 가능한 LLC 공진형 전력변환기를 제안한다. 제안한 전력변환기는 기존 하프브리지 전력구조에 두 변압기 구조를 주변압기로 적용하여, 적절한 전압변환비를 확보하고 각 변압기 내의 모든 인덕턴스들을 공진인덕턴스들로 활용한다. 이러한 공진인덕턴스들은 공진커패시터와의 공진회로들을 통해 안정적인 소프트스위칭을 구현하여 넓은 출력전압 범위에서 전력변환기의 고효율을 달성한다. 또한, 상용 제어 IC를 전체 제어에 사용하고, 출력전압 피드백 회로에 간단한 제어회로를삽입하여 가변 출력전압 제어를 수행한다. 출력전압은 펄스주파수변조(PFM) 방식으로 제어된다. 본 논문에서는 전력변환기의 동작모드와 제어방식 및 두 변압기 구조를 설명하고, 이를 바탕으로 기본파근사화 기법을 활용한 설계예를 제시하며, 시제품의 실험결과를 통해 제안한 전력변환기가 낮은 손실과 높은 전력밀도를 유지하며 정확히 동작함을 검증한다. 제안한 전력변환기의 최고 효율은약 95.5%였다.
Abstract
This paper proposes an LLC resonant power converter capable of wide-range output voltage control. Theproposed converter employs the two-transformer structure as the main transformer in the conventional half-bridgetopology ensuring an appropriate voltage conversion ratio, while utilizing all inductances within each transformeras resonant inductances. These resonant inductances form resonant circuits with the resonant capacitor, enablingstable soft-switching and thereby achieving high-efficiency of the power converter over a wide output voltagerange. Furthermore, a commercial control IC is used for overall control, and a simple control circuit is insertedinto the output voltage feedback circuit to achieve variable output voltage control. The output voltage is regulatedthrough pulse-frequency modulation (PFM). This paper presents the converter’s operation modes, control method,and two-transformer structure, and based on these, demonstrates a design example using the fundamental harmonicapproximation. And then prototype experiments validate accurate operation with low losses and high powerdensity. The proposed power converter achieved a maximum efficiency of approximately 95.5%.