본 논문에서는 중$\cdot$대용량 고밀도 전원 장치에 적합한 플랫 트랜스포머(Flat Transformer)를 사용하여 다양한 출력의 DC/DC 변환장치를 설계하는 방법을 제시하였다. 플랫 트랜스포머 모듈은 다수의 트랜스포머를 병렬로 구성하여 제작하고, 이차 권선이 항상 1턴으로 구성되므로 기존의 트랜스포머에 비해 누설 인덕턴스가 크게 감소하게 되어 고주파 스위칭에 적합한 형태를 가지고 있다. 본 논문에서는 플랫 트랜스포머의 성능을 증명하기 위하여 750W급 AC/DC 변환기를 구성하여 다양한 출력을 갖는 전원 장치를 제작/실험하였다.
An integrated two-in-one transformer applicable to PSUs for a 120 W LED TV is proposed. This transformer comprises a PFC inductor and an LLC transformer placed and integrated on an E-I-E type magnetic core. Performance is evaluated by observing the coupling coefficients of the proposed two-in-one transformer under various air gap topologies. Among the topologies studied, an integrated transformer with centered air gap shows stable operational characteristics with a minimized mutual coupling (interference). Furthermore, applicability of the proposed integrated transformer to PSUs for a 120 W LED TV is studied from the viewpoint of integrating different magnetic components into one core, resulting to low weight, low cost, and high power density.
A design methodology for transformers including integrated and center-tapped structures for LLC resonant converters is proposed. In the LLC resonant converter, the resonant inductor in the primary side can be merged in the transformer as a leakage inductance. And, the absence of the secondary filter inductor creates low voltage stress on the secondary rectifiers and is cost-effective. A center-tapped structure of the transformer secondary side is widely used in commercial applications because of its higher efficiency and lower cost than full-bridge structures in the rectifying stages. However, this transformer structure has problems of resonance imbalance and transformer inefficiency caused by leakage inductance imbalance in the secondary side and the position of the air-gap in the transformer, respectively. In this paper, gain curves and soft-switching conditions are derived by first harmonic approximation (FHA) and operating circuit simulation. In addition, the effects of the transformer including integrated and center-tapped structures are analyzed by new FHA models and simulations to obtain an optimal design. Finally, the effects of the air-gap position are analyzed by an electromagnetic field simulator. The proposed analysis and design are verified by experimental results with a 385W LLC resonant converter.
This paper deals with a fixed frequency full-bridge inverter type DC-DC high-power converter with high frequency high voltage(HFHV) transformer-coupled stage, which operates under quasi-resonant ZVS transition priciple in spite of a wide PWM-based voltage regulation processing and largely-changed load conditions. This multi-resonant(MR) converter topology is composed of a series capacitor-connected parallel resonant tank which makes the most of parasitic circuit reactive components of HFHV transformer and two additional quasi-resonant pole circuits incorporated into the bridge legs. The soft-switching operation and practical efficacy of this new converter circuit using the latest IGBTs are actually ascertained through 50kV trially-produced converter system operating using 20kHz/30kHz high voltage(HV) transformers which is applied for driving the diagnostic HV X-ray tube load in medical equipments. It is proved from a practical point of view that the switching losses of IGBTs and their electrical dynamic stresses relating to EMI noise can be considerably reduced under a high frequency(HF) switching-based phase-shift PWM control process for a load setting requirements.
전력전자학회 2001년도 Proceedings ICPE 01 2001 International Conference on Power Electronics
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pp.217-221
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2001
This paper presents a new prototype of soft-switching DC-DC power converter with a high frequency transformer link which has two active power controlled switches in full bridge rectifier with capacitor input type smoothing filter. In this DC-DC converter, ZVS of the inverter in transformer primary side and ZCS of active rectifier area in secondary side can be completely achieved by taking advantage of parasitic inductor component of high-frequency transformer and loss less snubbing capacitors. Its operation principle and salient features are described. The steady-state operating characteristics of the proposed DC-DC power converter are illustrated and discussed on the basis of the simulation results in addition to the experimental ones obtained by 2kw-40kHz power converter breadboard set up.
This paper presents an analysis method of a forward converter, using both the finite element method considering the external circuit and a state variables equation. The converter operates at 50kHz and its one period is divided into two modes for the simplicity of the analysis. In the first mode, the switching transistor turns on and an input power is transferred into the load by the electromagnetic conversion action of a ferrite transformer. In the second mode, the switching transistor turns off and the stored energy in an inductor is delivered to the load, and the transformer core is demagnetized by the reset winding current. In this paper, time-stepping finite element method taking into account the on-state electrical circuit of the converter in used to analyze both the electrical circuit and electromagnetic field of the magnetic device during the first mode and the demagnetization period of the transformer core. Then a state variables equation for the circuit which the inductor current flows is constituted and solved during the second mode. As a result, the simulation results have been good agreement with the results obtained form experiment.
A novel zero voltage switching (ZVS) phase shift full bridge (PSFB) converter used in geophysical exploration is proposed in this paper. To extend the ZVS ranges and increase power density of the converter, external inductor acting as leakage inductance is applied and integrated into the integrated magnetic (IM) transformer with separated secondary winding. Moreover, the loss of ZVS PSFB converter is also decreased. Besides, the analysis and accurate prediction methodology of the leakage inductance of the IM transformer are proposed, which are based on magnetic energy and Lebedev. Finally, to verify the accuracy of analysis and methodology, the experimental and finite element analysis (FEA) results of IM transformer and 40 kW converter prototypes are given.
In the transformer that is used for the contactless power transmission system, the primary and secondary sides are separated structurally unlike general transformers. When the contactless transformer is built, it forms relatively bigger air gap than the general transformer. Thus it is difficult to transfer energy from the primary side input to the secondary side output with high power efficiently because of low coupling coefficient. This paper proposes a contactless transformer using the rectangular type core that maintains high coupling coefficient even when it has relatively large air gap. The performance characteristics of the proposed transformer are compared with the transformer using general EE core to the air gap variation. The proposed contactless system using rectangular type core and dc-dc full bridge converter, and the system using EE core type and dc-dc full bridge converter are respectively implemented and their performance characteristics are verified by the simulation and experiment.
In this paper, a full bridge edge-resonant zero voltage mode based soft-switching PWM DC-DC power converter with a high frequency center tapped transformer link stage is presented from a practical point of view. The power MOSFETS operating as synchronous rectifier devices are implemented in the rectifier center tapped stage to reduce conduction power losses and also to extend the transformer primary side power MOSFETS ZVS commutation area from the rated to zero-load without a requirement of a magnetizing current. The steady-state operation of this phase-shift PWM controlled power converter is described in comparison with a conventional ZVS phase-shift PWM DC-DC converter using the diodes rectifier. Moreover, the experimental results of the switching power losses analysis are evaluated and discussed in this paper. The practical effectiveness of the ZVS phase-shift PWM DC-DC power converter treated here is actually proved by using 2.5kW-32kHz breadboard circuit. An actual efficiency of this converter is estimated in experiment and is achieved as 97$\%$ at maximum.
Taherbaneh, Mohsen;Rezaie, Amir H.;Ghafoorifard, Hasan;Mirsamadi, Maddad;Menh, Mohammad B.
Journal of Power Electronics
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제11권5호
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pp.621-631
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2011
In space qualified DC-DC converters, optimization of the following electrical characteristics is of greater interest in comparison with other specifications; power loss/efficiency, output voltage ripple and volume/weight. The main goal of this paper is to present an appropriate solution for optimizing the above mentioned characteristics. For this purpose, a comprehensive power loss model of a DC-DC converter is fully developed. Proper models are also demonstrated for assessment of the output voltage ripple and the utilized transformer volume as the bulkiest component in a DC-DC converter. In order to provide a test bed for evaluation of the proposed models, a 50W push-pull DC-DC converter is designed and implemented. Finally, a novel cost function with three assigned weight functions is proposed in order to have a trade-off among the power loss, the output voltage ripple and the utilized transformer volume of the converter. The cost function is optimized for applications in which volume has the highest priority in comparison with power loss and ripple. The optimization results show that the transformer volume can be decreased by up to 51% and this result is verified by experimental results. The developed models and algorithms in this paper can be used for other DC-DC converter topologies with some minor modifications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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