통신용 고밀도, 고효율 전원 장치 설계

  • 김영규 ((주)동이일렉콤 진원연구소 연구1팀)
  • Published : 2022.06.20

Abstract

국내 통신 시장은 4G LTE 통신 상용화 이후 2019년 세계 최초로 5G 통신 상용화를 시작하여 각각의 통신사가 앞다투어 설비 투자를 진행하고 있다. 많은 투자가 진행됨에도 불구하고 통신망의 범위, 낙후 지역에 대한 비활성화로 인하여 소비자의 욕구를 충족시키지 못하고 있는 실정이다. 이러한 소비자의 불만족을 해소시키고자 정부의 투자 독려로 인해 2022-2024년까지 지속적으로 5G 장비 투자가 진행될 예정이다. 5G 통신 장비에는 시스템 장비에 전원을 공급해주는 전원 장치가 필요하다. 최근 통신용 전원 장치는 시스템 용량이 증가함에 따라 고전력 장비가 요구되고 있으며, 추가적으로 탄소 배출과 관련하여 에너지 문제가 대두됨에 따라 소형화 및 고효율의 통신용 전원 장치 개발이 주를 이루고 있다. 이를 위해 WBG(Wide Band-Gap) 소자 및 토폴로지 변경, 열적 최적화 등 다양한 방법을 통해 고밀도, 고효율을 달성하고 있다. 본고는 WBG 소자 중 GaN(Gallium Nitride) 전력 반도체를 이용하여 제작한 전원 장치의 설계에 내한 내용을 소개한다.

Keywords

References

  1. J. S. Yoo, Y. M. Gil, and T. Y. Aim, "Study on the power factor correction circuit applying multiple coupling inductor with expandable integrated magnetic structure," Journal of The Korean Society of Semiconductor & Display Technology, Vol. 17, No.1, pp. 21-26, 2018.
  2. T. Y. Ahn, "A study on interleaved bridgeless switching rectifier using magnetic coupled inductor," Journal of The Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 32, No.1, pp. 99-107, 2018. https://doi.org/10.5207/JIEIE.2018.32.1.099
  3. R. Zhang, S. Liu, B. Li, N. Zhao, G. Wang, and D. Xu, "Totem-pole bridgeless boost PFC converter based on GaN HEMT for air conditioning applications," IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration (EI2), 2018.
  4. B. Zhang, Q. Lin, Y. Shimada, J. Imaoka, M. Shoyama, and S. Tomioka, "Analysis and reduction method of conducted noise in GaN HEMTs based totem-pole bridgeless PFC converter," in 2016 IEEE 8th International Power Electronics and Motion Control Conference, 2016.
  5. Q. Li, B. Liu, S. Duan, L. Wang, B. Xu, and C. Luo, "Analytical switching loss model of cascode GaN HEMTs based totem-pole PFC converters considering stray inductances," in 2018 1st Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications in Asia, 2018.
  6. K. M. Yoo, S. K. Lim, and J. Y. Lee, "A high efficiency single-stage PFC flyback for PDP sustaining power module," Journal of The Korean Society of Semiconductor & Display Technology, Vol. 5, No.3, pp. 11-16, 2006.
  7. J. G. Kim and O. Yang, "Efficiency characteristics of DC-DC boost convener using GaN, cool MOS, and SiC MOSFET," Journal of The Korean Society of Semiconductor & Display Technology, Vol. 16, No.2, pp. 49-54, 2017.
  8. D. W. Kang and J. Jo, " Improvement of temperature characteristics in ceramic-packaged shunt resistors," Journal of The Korean Society of Semiconductor & Display Technology, Vol. 14, No.3, pp. 57-60, 2015.
  9. C. S. Park, J. W. Jo, and T. U. Jung, "Study on the fly-back converter using active-clamp," JIEIE, pp. 186-187, 2013.
  10. C. S. Park and T. U. Jung, "A study on the controllable snubber for switching loss reduction in interleaved fly-back converter," JIEIE, pp. 57-64,2015.
  11. P. Meng, X. Wu, J. Yang, H. Chen, and Z. Qian, "Analysis and design considerations for EM] and losses of RCD snubber in flyback converter," APEC, pp. 642-647, 2010.
  12. T. Lagap and S. Munk-Nielsen, "An RCDD snubber for a bidirectional flyback converter," EPE, pp. 1-10, 2015.
  13. J. Park, Y. J. Moon, M. G. Jeong, J. G. Kang, S. H. Kim, J. C. Gong, and C. Yoo "Quasi-resonant (QR) controller with adaptive switching frequency reduction scheme for flyback converter," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 63, No.6, pp. 3571-3581, 2016. https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2523931
  14. J. Zhang, H. Zeng, and X. Wu, "An adaptive blanking time control scheme for an audible noise-free quasi-resonant flyback converter," IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 26, No. 10, pp. 2735-2742, 2011. https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2114675
  15. N. Quentin, R. Perrin, C. Martin, C. Joubert, B. Lacombe, and C. Buttay, "GaN active-clamp flyback convener with resonant operation over a wide input voltage range," PCIM, pp. 1-8, 2016.
  16. T. Y. Choi, D. K. Ryu, W. S. Lee, J. J. Aim, C. Y. Won, and S. S. Kim, "A study on PFC of active clamp ZVS flyback converter," JIEIE, pp. 49-57, 2001.
  17. X. HLlang, J. Feng, W. Du, F. C. Lee, and Q. Li, "Design consideration of MHz active clamp flyback converter with GaN devices for low power adapter application," APEC, pp. 2334-2341, 2016.
  18. J. Y. Jung, J. Y. Bae, S. D. Kwon, D. H. Lee, Y. Kim, "A study on the two-switch intereaved active clamp forward converter," JIEIE, pp. 136-144, 2010.
  19. J. Y. Lin, Y. K. Lo, H. J. Chiu, C. F. Wang, and C. Y. Lin, "An active-clamping ZVS flyback converter with integrated transformer," IPEC, pp. 172-176, 2014.
  20. S. Shin, B. Ko, and H. So, "Noncontact thermal mapping method based on local temperature data using deep neural network regression," International Journal of Heat and Mass Transfer 183, Vol. 122236, 2022.