Design of Modular DC / DC Converter with Phase-Shifting Topology

위상천이 방식의 모듈형 DC/DC 컨버터 설계

Abstract

This paper is concerned with a system design that enables a the plurality of switching mode power supplies to be supplied with larger power through a parallel connection. For this purpose, a shunt resistor is placed in series at the output of the constant voltage regulator and the output voltage is sensed and controlled using an arduino. In this paper, two constant-voltage regulators were used for the experiment, but it is possible to generalize for more boards. By using the method that controls the system, the sum of the currents delivered by the two systems to the load was found to be 96% of the current drawn from each board. In case of efficiency, 92.4% efficiency is achieved in the unit board and the efficiency in parallel connection is about 90%.

본 논문은 복수개의 스위칭모드 전원장치를 병렬 결선을 통하여 부하에 보다 큰 전력을 공급가능하게 하는 시스템 설계에 관한 것이다. 이를 위해 정전압조정기의 출력단에 션트저항을 직렬로 배치하고 아두이노를 이용하여 출력단 전압을 감지하고 제어하도록 하였다. 본 논문에서는 실험을 위해 두 개의 정전압조정기를 이용하였으나 그 이상의 보드에 대해서도 일반화가 가능할 것이다. 이와 같은 방식으로 제어되는 시스템을 통해 두 개의 시스템이 부하에 전달되는 전류의 합이 각각의 보드에서 나온 전류의 96%가 부하에 전달되는 것을 확인하였다. 효율의 경우 단위 보드에서의 효율은 92.4% 정도가 나왔으며 병렬결선 시에는 90% 정도가 나왔다.

그림 1. 기존 풀브리지 컨버터의 파형 Fig. 1 A waveform of conventional full-bridge converter

그림 2. 위상천이 토폴로지의 파형 Fig. 2 A waveform of phase shift swithing topology

그림 3. DC/DC 컨버터 모듈의 블록도 Fig. 3 A block diagram of DC/DC converter modue

그림 4. 두 개의 모듈의 병렬결선 Fig. 4. A parallel connection of two mudules

그림 5 전류센스 전압과 지연시간간의 비 Fig. 5 Ratio between voltage of current sensor and delay time

그림 6. 출력전압의 크기에 따른 MOSFET 게이트단자의 위상변화를 나타내는 파형[9] Fig. 6 Waveform at MOSFET’s gate according to the output voltage

그림 7. 두 개의 각각의 모듈에서 나오는 출력전류의 합과 병렬 결선 시의 출력전류 크기 비교 Fig. 7 Comparison of output current between the sum of the output current from each module and the output current in parallel connection

그림 8. 단일 보드와 멀티보드 간의 효율 비교 Fig. 8. Comparison of efficiency between single and multi board