DC-DC converter which composed of LLC resonant converter, operated by fixed switching frequency with fixed duty cycle (50%), and flyback converter to provide constant output voltage($400V_{DC}$) with variation of input voltage($30-60V_{DC}$) is proposed in this paper. To obtain constant output voltage($400V_{DC}$), flyback converter is not operated in case of above the maximum input voltage($60V_{DC}$) and operated as the input voltage decreases to below 60VDC. Therefore, flyback converter can be designed to the 50% power rating of the maximum power in the proposed DC-DC converter. Operation modes and voltage gain characteristics were analyzed and a 360W prototype converter was tested to verify the proposed converter.
This study proposes an LLC series resonant converter with a current doubler using a coupled inductor as a rectification circuit for the secondary side. The current doubler circuit is generally used for a high-voltage input and low-voltage output circuit to obtain high efficiency with small transformer turn ratio. However, an inductive circuit is not generally used in the secondary side of an LLC series resonant converter. If inductive components exist on the secondary side, the resonant characteristics are changed through the secondary inductive circuit. Mathematical analysis shows that the secondary-side current doubler with coupled inductor is not affected by the resonant characteristic of the primary LLC if leakage inductance occurs in the coupled inductor. Results of the analysis are proven by simulation; an experiment is also conducted for the proposed circuit.
In this paper, we propose an LLC resonant converter that operates over a wide controllable output voltage ($50V_{DC}$ to $800V_{DC}$) and shows high efficiency characteristics under all load conditions and output voltages. Two 3.3kW prototypes are designed for an experimental comparison between the variable frequency control (control scheme 1) and the variable input voltage($V_{IN}$) control (control scheme 2) mechanisms. The experimental results show that the variable input control mechanism demonstrates high efficiency under all loads and output voltages.
LLT 변압기 적용 LLC 직렬공진컨버터의 동작특성에 대해 설명하였다. 본 논문에서는 1차측 권선과 2차측 권선을 분리하고, 변압기 중간에 공극(Air-Gap)을 삽입한 일체화된 LLT 변압기를 적용하였다. 이와 같이 적용된 LLT 변압기의 경우 1차측 누설인덕턴스만이 증가되는 것이 아니고 2차측 누설인덕턴스 또한 증가되게 된다. 이렇게 증가된 2차측 누설인덕턴스는 전압이득 특성곡선에 있어 LLC 직렬공진컨버터에 적용한 변압기를 사용한 경우보다 전체적으로 높은 전압이득 특성을 가지게 된다. 따라서 본 논문에서는 2차측 누설인덕턴스를 고려한 일체화된 LLT 변압기적용 LLC 직렬공진컨버터에 대해 이론적으로 해석하고 시뮬레이션 하였으며, 400W급 시제품을 제작하여 실험한 결과에 대해 서술하였다.
LLC resonant converters or phase-shift full-bridge converters have been widely used as DC - DC converters for rapid charging of electric vehicles (EVs). However, these converters present critical disadvantages, including a large circulating current, which can hinder efficiency and miniaturization in EV battery charger applications. In this paper, a new DC - DC converter topology is proposed for EV rapid chargers. The proposed converter can operate at high frequency despite a high rated power capacity of over 20kW, and the problem of circulating current can be minimized during the entire battery charging time. Owing to these advantages, the proposed converter can achieve a high conversion efficiency of over 97% for EV rapid charger applications. The performance of the proposed converter is verified with 20kW prototypes in this study.
본 논문에서는 전기자동차의 핵심부품인 DC-DC 컨버터를 LLC공진형 컨버터에 신소재(Ga-N HEMT)를 이용하여 설계함으로써 소형화가 가능하며, 공진주파수를 자유롭게 변경할 수 있으며, 2차측 출력부에 SR Topology를 추가하여 전원장치의 동작 시 효율 및 온도특성을 개선하는 설계기법을 제안하였다. 이를 통해 고효율과 소형화를 얻을 수 있도록 회로를 구성하였으며, 제안된 컨버터는 200[kHz]의 높은 스위칭주파수를 가지고 동작시키게 됨으로써 스위칭주파수의 변화 및 회로구현의 장점과 스위칭주파수의 극대화로 인해서 LLC 및 PFC의 사이즈를 40[%] 최소화 할 수 있었으며, 동작온도의 특성이 250W(12V/20A)에서 온도를 측정한 결과 방열판 없이 $60{\sim}65^{\circ}C$를 나타냄을 확인하였다. 이러한 설계결과를 토대로 향후 1[kW]이상까지 구현하고자 한다.
LLC resonant DC-DC converter is widely used in many kinds of applications such as battery energy storage systems, wireless power transfer and high voltage power supply. It is because of characteristics like high efficiency, power density, isolation, wide power level and stability enhancement at high switching frequency. Small signal modeling helps to design controller of the converter by approximating the behavior of nonlinear system with linear state equations. This paper presents comparison between small signal modeling analysis and experimental results of LLC resonant converter.
The resonant converters cause the high voltage stress according to the input voltage, which increases the conduction loss in converter power switches. The topology of LLC half bridge resonant converter provides ZVS characteristic and also the stress of voltage and current is not higher than that of the general resonant converters. So we can expect the higher efficiency. In this paper, the LLC resonant converter is designed for the notebook computer adapter. In the adapter design, we should consider the weight, the size and overheat of the adapter. Thus the higher efficiency is an essential particular. First of all, the optimal design of transformer is the most important facts. Some parameters should be considered in order to get the highest efficiency. The adapter is designed through the considering of these parameters including the PFC circuit of the pre-regulator. It converts AC line input into about $400V_{DC}$ Link voltage of the LLC converter input and the converter has $16V_{DC}/90W$ ratings. The efficiency measured is about up to 92%.
본 논문에서는 더 높은 에너지 효율을 요구하는 전자 기기들의 사용에 따른 고전력 밀도 AC/DC 어댑터의 구조를 제안한다. PFC (Power Factor Corrector) topology는 BCM (Boundary Conduction Mode)제어 방식을 적용한 Boost topology를 기본으로 하였으며, DC/DC topology는 주파수제어를 적용한 LLC 공진 컨버터를기본으로 하였다. 이는 반도체 소자 및 마그네틱 소자의 크기를 줄이는데 용이하다. 85W급 AC/DC adapter (18.5V/4.6A)를 설계하여 실험한 결과 $90V_{rms}$의 입력전압에서 90%의 효율과 $36W/in^3$의 전력밀도가 측정되었고 무부하시 전력 손실은 0.5W를 달성하였다.
This proposed paper aims for the high efficiency contactless power transfer in household dc power distribution. A 300 W five-level diode clamped multi-level converter with 300 Vdc input dc link bus is employed for the power transferring task and the output voltage range is controlled at 48 Vdc. The inner and outer solenoid coils are used for inductive power transfer (IPT) transformer with the 200 kHz switching frequency for designed power density. Therefore, to achieve the converter efficiency above 95%, the LLC series resonant with fundamental harmonic analysis (FHA) and the calculated switching angles are used as an optimized tool for designing the system resonant tank. The validations of this approached topology are illustrated in both MATLAB/Simulink simulation and implementation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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