Watkins-Johnson 공진형 DC-DC 컨버터의 정상상태 해석과 최적설계

Steady State Analysis and Design of a Resonant Switching Watkins-Johnson DC-DC Converter

본 논문에서는 스위칭 손실을 저감시키고, 높은 주파수 동작에 적합한 새로운 Watkins - Johnson 공진형 컨버터를 제안하였다. 정상상태 해석에서는 제안 된 공진형 컨버터의 전압이득은 스위칭 주파수에 의존하게 된다는 것을 밝혔다. 따라서 컨버터의 출력전압을 안정시키기 위해서는 부하 전류 변화에 따라 스위칭 주파수도 함께 변화시켜야한다. 또한 해석결과를 토대로, 스위치의 전압 스트레스를 최소화시키고, 영전압 스위칭되는 조건하에서 컨버터의 공진소자 값을 결정할 수 있는 최적의 설계방식을 제시하였다. 끝으로 Watkins-Johnson 공진형 컨버터의 실험회로를 구성하여 최적 설계방식의 타당성을 입증하였다.

A new resonant switching Watkins-Johnson converter was proposed, which minimizes the switching loss and is well suited for high-frequency operation. The steady-state analyses revealed that the voltage gain of the proposed converter is solely determined by the switching frequency. Consequently, to regulate the output voltage of the converter for variable load current the switching frequency should be varied accordingly. Based on the results of analyses, an optimum design procedure for the resonant component values is proposed, which minimized the voltage stress of power switch while maintaining the desired property of zero-voltage switching. Finally, accuracy of analyses and validity of an optimum design procedure are verified on an experimental resonant switching Watkins-Johnson converter prototype.