LLC Resonant Converter LLC 공진형 컨버터

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1 LLC Resonant Converter LLC 공진형 컨버터
경북대학교 전기공학과 대학원 세미나 한국전기연구원 류명효 연구원 소개??? 근래에 전력전자기술에서 연구가 많이 진행되고 있는 분야… 특히, 가전기기 등의 고효율 전원장치 구현 가능. 공진형 컨버터 장단점 : 전부하에서 영전압 스위칭이 가능 전압 변동에 따라 주파수 변동이 크다.(배터리 충/방전용 컨버터로 적용이 어렵다) 필터 설계 및 EMI 대책이 어렵다. 근래에 역률보상회로 적용에 따라 입력 전압이 고정된다. 10월 11일

2 고효율 DC-DC 컨버터 Full-Bridge ZVS 컨버터 LLC 공진형 컨버터 DAB Converter
스위치의 게이트 위상을 변화함으로써 ZVS 구현(위상 천이 PWM) 스위칭 구간 동안 누설인덕턴스와 스위치의 출력 커패시터의 공진특성 이용 출력 커패시터 완전 방전 후 스위치 역방향 다이오드 도통(영전압)시에 스위칭턴-온 하게 되면 영전압 스위칭(ZVS) 가능 일정 부하 이하에서는 ZVS 구현이 어려움(S2, S4) 전 부하에서 ZVS를 구현하기 위해서는 누설 인덕턴스가 매우 커야 됨 ZVS 영역을 넓히기 위해서는 출력 커패시턴스 값이 작은 스위치 요구됨 스위치 출력단이 전압원으로 동작, 출력 측에 필터 인덕터 필요 직렬 공진형 컨버터에서 자화 인덕턴스도 공진에 참여 두 개의 공진 주파수에 의한 전압 이득 곡선 생성 공진 탱크단이 전류원으로 동작 스위치와 정류 다이오드의 영전압, 영전류 스위칭 가능 동작 주파수 및 부하에 따른 순환 전류 감소 누설 인덕턴스의 공진 참여를 통한 효율 증가, 스트레스 감소 일정 출력 전압 제어를 위한 동작 주파수 범위가 좁음(PFM 제어) 공진 인덕터와 변압기 집적화 설계 가능, 정류단 필터 인덕터 제거 전부하에서 영전압 스위칭 가능 Dual Active Bridge Converter 양방향 전력 전달이 가능 2개의 풀브리지 스위치단으로 구성 Full-Bridge ZVS 컨버터와 동작이 유 사 일차 측 스위치단과 이차 측 스위치단 이 위상 천이함으로써 출력 제어 (PWM 제어) 전력 전달 특성에 따라 Buck Mode와 Boost Mode로 구분 최대 시비율이 0.5로 제한됨 변압기 턴비에 따라 일차 측은 전 부 하에서 ZVS 가능 이차 측은 일정 부하 이하에서 ZVS 구현이 어려움. 이슈가 되고 있는 고효율 직류-직류 컨버터 3종류 구조 간단하게 설명

3 목 차 Chapter 1. PWM 컨버터 개요 Chapter 2. 변압기 특성 분석 Chapter 3. 공진형 컨버터 개요
목 차 Chapter PWM 컨버터 개요 Chapter 변압기 특성 분석 Chapter 공진형 컨버터 개요 Chapter LLC 공진형 컨버터 PWM 컨버터를 간단하게 설명하고 각 공진형 컨버터의 장/단점을 분석하고 LLC 공진형 컨버터를 많이 적용하는 이유 설명. 마지막으로 LLC 공진형 컨버터의 설계에서 제작, 테스트까지 과정 소개 Chapter 5. 주요 적용 사례

4 Chapter PWM 컨버터 개요

5 PWM 컨버터 개요 PWM Converter 원리 주파수 고정, 펄스폭 변조
제어원리 설명 PWM : Pulse Width Modulation, 펄스폭 변조방식 PFM : Pulse Frequency Modulation, 주파수 변조방식

6 비절연형 컨버터 개요 Buck Converter 특징 : 비절연형, 강압형 컨버터
Vo/Vin=D, D : duty ratio(시비율)<1 출력 전압은 항상 입력 전압보다 작다. 간단하게 설명 모든 컨버터는 연속전류보드로 설명 인덕터 리셋 설명 Flux Balancing 법칙(V1t1=V2t2)

7 비절연형 컨버터 개요 Boost Converter 특징 : 비절연형, 승압형 컨버터
Vo/Vin=1/(1-D), D : duty ratio(시비율)<1 출력 전압은 항상 입력 전압보다 크다.

8 비절연형 컨버터 개요 Buck-Boost Converter 특징 : 비절연형, 승강압형 컨버터
Vo/Vin=D/(1-D), D : duty ratio(시비율)<1 출력 전압은 입력 전압보다 크거나 작다. 간단하게 설명 기타 비절연형 컨버터 생략 Cuk 컨버터, Sepic 컨버터 등…

9 절연형 컨버터 개요 Flyback Converter 특징 : 구조가 간단(절연형 Buck-Boost converter)
리셋 회로가 불필요 변압기가 인덕터로 사용 100W 미만에서 주로 사용 스위치 전압 : Vs=Vin+Vo/n 간단하게 설명 절연형 컨버터 : 전기적으로 1, 2차 측 절연 리셋 회로

10 절연형 컨버터 개요 Forward Converter 특징 : 구조가 간단(절연형 Buck converter)
리셋 회로가 필요 : 리셋권선, RCD 스너버, Active 클램프 변압기 외에 인덕터 추가 200W 미만에서 주로 사용 스위치 전압 : Vs=Vin+Vin/n3 간단하게 설명 플라이백 컨버터에 비해 장점은?

11 절연형 컨버터 개요 2-Tr Forward Converter 특징 : 구조가 Forward converter와 동일
리셋 회로가 불필요 주스위치와 리셋 다이오드가 2개 필요 주스위치(S1, S2)가 동시에 ON/OFF 500W 미만에서 주로 사용 스위치 전압 : Vs1=Vs2=Vin 2-Tr 플라이백 컨버터도 있음. 포워드 컨버터에 비해 장점은?

12 절연형 컨버터 개요 Push-Pull Converter 특징 : 2개의 Forward converter로 구성
리셋 회로가 불필요 변압기가 2개로 구성(동일 변압기) 주스위치(S1, S2) 동작이 다름 500W 미만에서 주로 사용 스위치 전압 : Vs1=Vs2=2Vin 포워드 컨버터에 비해 장점은?

13 절연형 컨버터 개요 Half-Bridge Converter 특징 : 2개의 Forward converter로 구성
리셋 회로가 불필요 변압기 입력 전압이 Vin/2 주스위치(S1, S2) 동작이 다름 500W 미만에서 주로 사용 스위치 전압 : Vs1=Vs2=Vin 스위치 직렬 구성 : Shoot-through 발생 가능 간단하게 설명

14 절연형 컨버터 개요 Full-Bridge Converter 특징 : 2개의 Forward converter로 구성
리셋 회로가 불필요 스위치가 4개 필요 주스위치(S1,2 , S3,4) 동작이 다름 500W 이상에서 주로 사용 스위치 전압 : Vs1,2=Vs3,4=Vin 스위치 직렬 구성 : Shoot-through 발생 가능 간단하게 설명 가장 기본적인 회로들 이 기본 회로에서 다양한 회로 및 제어 방법 파생…

15 Chapter 변압기 특성 분석 공진형 컨버터 특징 소프트 스위칭 가능 변압기, 인덕터 특성을 아는 것이 중요.

16 변압기 모델링 이상적인 변압기 각 용어 설명 자화 전류 설명 변압기와 인덕터의 자화 전류 비교.

17 변압기 모델링 변압기 특성 재질 특성 코어 특성 소자 특성

18 변압기 모델링 자화 전류는 어디로 흐르는가? 자화 인덕턴스 설명 등가화 의미 설명

19 변압기 모델링 를 소거하면, 자화 인덕턴스 양단 전압 설명 - 자화 전류의 변동 여기에서,

20 변압기 모델링 실제 변압기 누설 인덕턴스 설명 등가 회로 설명

21 변압기 모델링 1차 측 자화 인덕턴스 1차 측 누설 인덕턴스

22 변압기 모델링 2차 측 자화 인덕턴스 2차 측 누설 인덕턴스

23 변압기 모델링 1차 측 환원 변압기 모델링 회로 이상적인 변압기이므로 LM >>Llk 최종 변압기 모델링
- 모든 변압기는 누설 인덕턴스 성분을 가짐. LM >>Llk 1차 측 환원 변압기 모델링 회로

24 Hard Switching & Soft Switching
누설인덕턴스에 의한 영향 Switch Loss: Conduction Loss(도전 손실) Switching Loss(스위칭 손실) Hard Switching : 다이오드 역회복 전류에 의한 전류 스파이크 발생(turn-on) 변압기 누설 인덕턴스에 의한 전압스파이크 발생(turn-off) Soft Switching : 영전압스위칭(ZVS) 영전류스위칭(ZCS) 영전압/영전류스위칭(ZVZCS) Soft Switching 구현 방법 : 공진형 컨버터 준공진형 컨버터 하드 스위칭 스위칭 손실 누설 인덕턴스에 의한 스파이크 발생 -> 누설 인덕턴스를 전력전달에 활용하는 토폴로지 및 제어 방법 중요 스위치 전압, 스위치 전류 설명

25 Chapter 공진형 컨버터 개요

26 공진(Resonance) 정의 Resonance(공진) : A periodic(sinusoidal) energy flow between the inductor and capacitor, or Cancelling of reactive components in the driving point impedance of a resonant circuit Resonant circuit or resonant tank : A linear circuitry consisting of inductors and capacitors along with other passive components 간단하게 공진 정의하고 공진형 컨버터 알아보도록 함. At any instant, EL+EC=Constant=ELmax=ECmax

27 공진(Resonance) 정의 Resonant frequency(wo) : The frequency of a sinusoidal resonance (energy flow) that would occur in a resonant circuit or the frequency at which the cancelling in the driving point impedance occurs. Zin=R+jwL+1/jwC At w=wo, Zin=R At w=wo, Zin becomes purely resistive

28 공진(Resonance) 정의 Quality Factor(Q) : describes how under-damped an oscillator or resonator is, or characterizes a resonator’s bandwidth relative to its center frequency(resonant frequency) Characteristic Impedance(Zo) : Magnitude of the capacitive or inductive reactive evaluated at the resonant frequency

29 공진형 컨버터 개요 공진형 Converter 원리 주파수 변조, 펄스폭 고정
공진 회로 주파수 변조, 펄스폭 고정 PWM : Pulse Width Modulation, 펄스폭 변조방식 PFM : Pulse Frequency Modulation, 주파수 변조방식

30 공진형 컨버터 적용 이유 전원장치의 고밀도화 -> 변압기 소형화 -> 고주파 스위칭 -> 스위칭 손실 증가
-> Soft Switching을 통한 스위칭 손실 저감 -> 공진 회로 적용 고압 출력 -> 변압기 턴비 증가 -> 변압기 사이즈 증가 및 누설 인덕턴스 증가 -> 높은 전압 이득 요구 -> 공진 회로 적용 전압, 전류 공진형 컨버터 소개 공진형 컨버터의 문제점

31 공진형 컨버터 동작 파형 분석 ZVS(영전압 스위칭) 동작 파형 공진주파수=스위칭 주파수
Gate signal Gate signal ON ZVS(영전압 스위칭) 동작 파형 공진주파수=스위칭 주파수 Gate signal 공진형 컨버터 동작 파형에 따른 영전압, 영전류 스위칭 설명 S1, 2, 3, 4 : 스위치 게이트 파형 Vi : 인버터 출력 전압 ii : 공진 전류 OFF ZCS(영전류 스위칭) 동작 파형

32 공진형 컨버터 동작 파형 분석 전압, 전류 위상차이에 의한 무효 전류 성분 분석 전력 순환 모드 전력 전달 모드
위상 차이에 의한 무효 전류 성분 분석 공진형 컨버터 효율 전부하 – 고효율 경부하 - 저효율 전력 순환 모드 전력 전달 모드 전압, 전류 위상차이에 의한 무효 전류 성분 분석

33 직렬 공진형 컨버터 개요 공진탱크 변압기 다이오드 스위치단 정류기 직렬 공진형 컨버터 구조
- 공진 인덕터와 커패시터가 직렬로 연결 - 부하단에서는 입력전압에 직렬 임피던스 형태로 보임 - 공진 탱크단이 전류원으로 동작 - 공진 주파수, 특성 임피던스, Quality Factor 부하 측 인덕터 없음 공지 회로 입력 측 : 전압원, 출력 측 : 전압원

34 직렬 공진형 컨버터 개요 1차 측 해석 2차 측 해석 공진회로 입력 전압, 출력 전압 분석 퓨리에 급수 이용
1차 측, 2차 측 모두 전압원으로 해석 공진 주파수에서 동작한다고 가정하면, 전압과 전류 위상 동일

35 직렬 공진형 컨버터 개요 직렬 공진형 컨버터의 특징 - 공진 주파수에서 전 부하에 대해 단위 전압 이득이 가능
- 변압기 권선비를 고려하지 않을 때, 강압형으로만 동작 가능 - 일정 출력 전압 제어를 위한 동작 주파수 범위가 넓음 - 부하가 커질수록 Quality Factor가 커짐 - 동작 주파수 변화에 따른 순환전류 증가 - 무부하와 경부하 동작시에 출력 제어가 어렵다. 동작 주파수 범위 이득 곡선 설명 전압 이득 수식 : 특징 설명 Higher Q Smaller R 부하 변동에 따른 전압 이득 곡선

36 병렬 공진형 컨버터 개요 공진탱크 변압기 다이오드 정류기 스위치단 병렬 공진형 컨버터 구조
- 공진 인덕터와 커패시터가 병렬로 연결 - 부하단에서는 입력전압에 병렬 임피던스 형태로 보임 - 공진 탱크단이 전압원으로 동작, 출력 측에 필터 인덕터 요구됨 - 공진 주파수, 특성 임피던스, Quality Factor 출력 측에 인덕터 요구됨. 공진 회로 입력 측 : 전압원, 출력 측 : 전류원

37 병렬 공진형 컨버터 개요 1차 측 해석 2차 측 해석 공진회로 입력 전압, 출력 전류 분석 퓨리에 급수 이용
1차 측 전압원, 2차 측 전류원으로 해석 공진 주파수에서 동작한다고 가정하면, 전압과 전류 위상 동일

38 병렬 공진형 컨버터 개요 병렬 공진형 컨버터의 특징 - 부하 변화에 대해 높은 전압 이득 가능
- 변압기 권선비를 고려하지 않을 때, 승압형과 강압형 동작 가능 - 일정 출력 전압 제어를 위한 동작 주파수 범위가 좁음 - 부하가 작을수록 Quality Factor가 커짐 - 동작 주파수 변화에 따른 순환전류 증가 Higher Q Larger R 이득 곡선 설명 특징 설명 동작 주파수 범위 부하 변동에 따른 전압 이득 곡선

39 직병렬 공진형 컨버터 개요 공진탱크 변압기 다이오드 정류기 스위치단 직병렬 공진형 컨버터 구조
- 공진 인덕터와 커패시터가 직병렬(LCC)로 연결 - 부하단에서는 입력전압에 복합적 임피던스 형태로 보임 - 공진 탱크단이 전압원으로 동작, 출력 측에 필터 인덕터 요구됨. - 단락 공진 주파수, 개방 공진 주파수, 특성 임피던스, Quality Factor 출력 측에 인덕터 요구됨. 공진 회로 입력 측 : 전압원, 출력 측 : 전류원

40 직병렬 공진형 컨버터 개요 1차 측 해석 2차 측 해석 공진회로 입력 전압, 출력 전류 분석 퓨리에 급수 이용
1차 측 전압원, 2차 측 전류원으로 해석 공진 주파수에서 동작한다고 가정하면, 전압과 전류 위상 동일

41 직병렬 공진형 컨버터 개요 직병렬 공진형 컨버터의 특징 - 부하 변화에 대해 높은 전압 이득 가능
- 부하 변화에 대해 공진 주파수가 변함 - 변압기 권선비를 고려하지 않을 때, 승압형과 강압형 동작 가능 - 일정 출력 전압 제어를 위한 동작 주파수 범위가 넓음 - 부하가 작을수록 Quality Factor가 커짐 - 직렬 공진, 병렬 공진형 컨버터에 비해 동작 주파수 변화에 따른 순환전류 감소 Higher Q Larger R 이득 곡선 설명 특징 설명 동작 주파수 범위 부하 변동에 따른 전압 이득 곡선

42 Chapter LLC 공진형 컨버터

43 LLC 공진형 컨버터 개요 공진탱크 변압기 다이오드 스위치단 정류기 LLC 공진형 컨버터 구조
- 직렬 공진형 컨버터에서 자화 인덕턴스도 공진에 참여 - 두 개의 공진 주파수에 의한 전압 이득 곡선 생성 - 공진 탱크단이 전류원으로 동작, 직렬 공진형 컨버터와 동일하게 해석 가능 - 단락 공진 주파수, 개방 공진 주파수, 특성 임피던스, Quality Factor 부하 측 인덕터 없음 공지 회로 입력 측 : 전압원, 출력 측 : 전압원

44 LLC 공진형 컨버터 개요 1차 측 해석 2차 측 해석 공진회로 입력 전압, 출력 전압 분석 퓨리에 급수 이용
1차 측, 2차 측 모두 전압원으로 해석 공진 주파수에서 동작한다고 가정하면, 전압과 전류 위상 동일

45 LLC 공진형 컨버터 개요 LLC 공진형 컨버터의 이득 해석 – FHA
- First Harmonic Approximation Method - 대부분의 파워가 Fundamental Component에 집중 - 공진 네트워크에 걸리는 사각파 전압을 정현파로 모델링 - Fourier 급수 전개에 의하여 수식화 가능 - 공진 네트워크의 AC 등가화 모델을 이용하여 이득 해석 - 주파수에 관한 함수로 해석 : 전압 이득 전압 이득식

46 LLC 공진형 컨버터 개요 LLC 공진형 컨버터의 특징 - 스위치와 정류 다이오드의 영전압, 영전류 스위칭 가능
- 동작 주파수 및 부하에 따른 순환 전류 작음 - 누설 인덕턴스의 공진 참여를 통한 효율 증가, 스트레스 감소 - 일정 출력 전압 제어를 위한 동작 주파수 범위가 좁음 - 공진 인덕터와 변압기 집적화 설계 가능, 정류단 필터 인덕터 제거 Region 2 Region 1 : 직렬 공진형 컨버터 동작과 유사, 스위치 ZVS 동작 Region 2 : 공진 전류의 불연속 모드 동작, 스위치 ZVS 동작, 정류 다이오드 ZCS 동작 Region 3 : 스위치 ZCS 동작 DC Gain Region 3 동작 주파수 범위 전압 이득 곡선 Region 1 Higher Q Smaller R 1 부하 변동에 따른 전압 이득 곡선

47 LLC 공진형 컨버터 개요 LLC 공진형 컨버터의 동작 Mode 1 Mode 2 Mode 3
- 전 부하 영역에서 스위치의 영전압 스위칭 가능 - 공진 전류 불연속 동작을 통한 정류 다이오드의 영전류 스위칭 가능 - 6개의 동작 모드가 대칭적으로 이루어짐(Half-bridge type로 설명) Mode 1 순환전류 Mode 2 동작 모드 ZVS 원리 ZCS 원리 ZCS Mode 3

48 LLC 공진형 컨버터 개요 Soft Commutation (다이오드 정류기) ZVS Condition(스위칭)
소프트 스위칭 조건과 자화 인덕턴스 설계 - 대칭적 자화 전류에 의한 기본적인 ZVS 조건 만족(스위치) - 스위치의 충분한 데드타임(tdt)을 통한 ZVS 가능 - 동작 주파수가 단락 공진 주파수 이하이면 ZCS 조건 만족(정류 다이오드) - 컨버터의 도통 손실은 전류의 rms값의 제곱에 비례 - 1차와 2차 측 전류의 rms값은 자화 인덕턴스에 반비례 - 소프트 스위칭 조건을 만족하는 최대 자화 인덕턴스를 선택하는 것이 바람직 자화 인덕턴스 결정 방법 Soft Commutation (다이오드 정류기) ZVS Condition(스위칭)

49 LLC 공진형 컨버터 개요 LLC 공진형 컨버터의 이득 해석 – 인덕턴스 비(λ=Llk/Lm)
- 동작 주파수, 인덕턴스 비, 부하에 관한 함수 - 인덕턴스 비는 이득 곡선의 최대치와 모양 결정 - 전압 이득과 변압기 커플링을 고려하여 0.15~0.33 사이의 값 선정 높은 커플링 계수 낮은 이득 인덕턴스 비 결정 방법 낮은 커플링 계수 높은 이득

50 Operational Condition
LLC 공진형 컨버터 설계 Resonant Component Gain Shape Operational Condition Magnetic Design Resonant network design Gain range by input variation Max freq, ZVS, ZCS Transformer Lr Cr QS k fr Lm LLC 공진형 컨버터 설계 방법 #1 n Np Ns LLC 공진 네트워크 설계 순서

51 Center-tapped Transformer with Separate Bobbin
LLC 공진형 컨버터 설계 분리형 보빈 변압기 설계 입출력 전압의 비율에 따라 변압기 턴비 결정 1차 턴수는 변압기의 최대 자속 변화량에 따라 결정 계산된 자화 인덕턴스와 누설 인덕턴스의 비로 세팅 Turn Ratio: Primary Turn Number: Center-tapped Stage Resonant (Leakage) Inductance: Center-tapped Transformer with Separate Bobbin Full-bridge Stage

52 센터탭 구조의 변압기 최적 설계 LLC 공진형 컨버터 설계
2차 권선의 구조에 따라 센터탭으로 나뉜 권선 간 누설 인덕턴스의 크기 차이 → 공진 주파수와 전류의 불평형 발생 Bifilar 권선법을 이용하면 누설 인덕턴스 차이 최소화 Conventional Winding 권선법 공진1 공진2 오차 적층 25.3uH 29.5uH 4.2uH Bifilar 27.4uH 28.5uH 1.1uH Bifilar Winding

53 Commercial LLC Controller
PFM 출력전압 제어기 부하와 입력전압 변화에 따른 출력전압 제어: Pulse Frequency Modulation (PFM) 적절한 동작 주파수 영역의 확보가 중요 Switch Drive PFM Control Protections Commercial LLC Controller (ST L6599)

54 LLC 컨버터의 설계 예시 LLC 공진형 컨버터 설계 Efficiency-optimal Lm
Parameters Value Rated Output Power 400 W Input Voltage Range 180~270 Vac Output Load Condition 24 V/16 A 1st Resonant Frequency 104.7 kHz 2nd Resonant Frequency 44.4 kHz Quality Factor 0.25 Transformer Turn Ratio 8 Primary Turn Number 16 Magnetizing Inductance 175 uH Inductance Ratio 5 Resonant Inductance 35 uH Resonant Capacitance 66 nF 1st Resonant Impedance 23 Ω Dead Time Duration 300 ns MOSFET Output Capacitance 900 nF LLC 컨버터의 설계 예시 Efficiency-optimal Lm Design margin of Lm Frequency Margin 5%: Production Margin 10%: 400W Prototype Converter

55 Prototype 컨버터의 실험파형 - 부하변화
LLC 공진형 컨버터 설계 Prototype 컨버터의 실험파형 - 부하변화 부하 증가 시 전압이득을 높이기 위해 동작주파수를 낮춤 공진을 통한 출력 전류 증가 Rated Load (16 A) No Load (0 A) Normal Load (8 A)

56 Prototype 컨버터의 실험파형 - 입력전압변화
LLC 공진형 컨버터 설계 Prototype 컨버터의 실험파형 - 입력전압변화 입력전압 증가 시 전압이득 감소를 위해 동작주파수 높임 동작 주파수에 따른 DCM 영역 증감 Maximum Input (270 Vac) Minimum Input (180 Vac) Nominal Input (220 Vac)

57 LLC 공진형 컨버터 설계 LLC 공진형 컨버터 설계 방법 #2 LLC 공진형 컨버터 설계 알고리즘

58 LLC 공진형 컨버터 설계 LLC 공진형 컨버터 설계 예제 변압기 턴비 스위칭 주파수 수식 수치 2차측 다이오드 도통 전압
0.3 [V] 계산된 변압기 턴비 22 실제 사용된 변압기 턴비 24 주파수 범위 주파수 동작기준 주파수 70[kHz] 공진주파수 80[kHz] 최저 동작 주파수 65[kHz] 대전류 특성이므로 출력단 전류 DCM이 되도록 공진 주파수 이하에서 동작하도록 설정 변압기 설계 수식 수치 ±0.23[T] 변압기 단면적 계산된 1차측 최소 턴수 25.9 1차측턴수 24 계산된 2차측 턴수 1 실제 2차측 턴수 실제 1차측 턴수 공진 네트워크 이득 이득 수식 이득값 Lm/lr m 5.3 공진 네트워크 최소 이득 1.11 공진 네트워크 최대 이득 1.169

59 LLC 공진형 컨버터 설계 LLC 공진형 컨버터 설계 예제 공진네트워크 1차 등가저항 Rac 공진네트워크 수식 수치 0.55
Q 0.55 이득 여유도[%] 5 [%] DC gain 1.228 공진 커패시터 42.8[nF] 공진 인덕턴스 84[uH] 1차측 변압기 Lm 447[uH] 부하 Rac Rac(100%) 84.57 Rac(80%) 105.71 Rac(60%) 140.95 Rac(40%) 211.43 Rac(20%) 422.85 Rac(1%) Fairchild datasheet 참조 Application Note AN-4151

60 LLC 공진형 컨버터 설계 LLC 공진형 컨버터 설계 예제 공진 네트워크 주파수 특성 곡선

61 LLC 공진형 컨버터 설계 LLC 공진형 컨버터 실험 결과 예제 D-S전압, 공진전류, 출력전압 출력전압, 전류 레귤레이션
0A→50A 출력전압 (200mV/div) 313mV 출력전류 (20A/div) 1msec/div

62 LLC 공진형 컨버터 설계 LLC 공진형 컨버터 실험 결과 예제 ZVS 확인 20% 부하 70% 부하 50% 부하 90% 부하
Mosfet SW 전압(200V/div) Mosfet SW 전압(200V/div) ZVS 동작 ZVS 동작 공진전류 (10A/div) 공진전류 (10A/div) 2usec/div 2usec/div 50% 부하 90% 부하 Mosfet SW 전압(200V/div) Mosfet SW 전압(200V/div) ZVS 동작 ZVS 동작 공진전류 (10A/div) 공진전류 (10A/div) 2usec/div 2usec/div

63 Chapter 5. 주요 적용 사례

64 LLC 공진형 컨버터 적용 사례 PDP TV용 전원장치

65 LLC 공진형 컨버터 적용 사례 비접촉 밧데리 충전 장치

66 LLC 공진형 컨버터 적용 사례 전기자동차용 비접촉 밧데리 충전 장치 Charging Stand

67 LLC 공진형 컨버터 적용 사례 전기버스용 비접촉 밧데리 충전 장치

68 LLC 공진형 컨버터 적용 사례 ON-Line 전기 버스용 비접촉 밧데리 충전 장치 ~ Secondary Winding
Primary Core Primary Winding ~ Core Primary Inverter

69 LLC 공진형 컨버터 적용 사례 전기 철도용 비접촉 밧데리 충전 장치

70 LLC 공진형 컨버터 적용 사례 그린 PC용 전원장치 PFC 컨버터 LLC 공진형 컨버터

71 LLC 공진형 컨버터 적용 사례 FA 장비용 비접촉 전원장치
Contactless Transformer and Primary Track Primary power Supply Secondary Rectifier

72 Thank You ! Any questions?