본 논문에서는 90W급 LED-TV용 DC-DC Flyback 컨버터에 사용되고 있는 소형화 및 권선 자동화에 적합한 사출형 평면 동판 권선 방식의 Flyback 변압기 최적화 설계에 대해서 나타낸다. 또한 본 논문에서는 수동권선방식의 기존 양산 Flyback 변압기에 비해 권선 자동화, Trans 체적 저감 및 전기적 특성 동질성 향상이 가능한 사출형 평면 동판 권선 방식의 Flyback 변압기를 제안한다. 특히 본 논문에서 제안한 사출형 평면 동판 권선 변압기는 권선 자동화를 위하여 수직형 권선 방식으로 구성한다. 본 논문 제안한 사출형 평면 동판 권선 방식의 Flyback 변압기의 1차측과 2차측 권선은 각각 기존 권선, 3중 절연 권선 및 사출형 평면 동판권선을 사용하였다. 최종적으로 Maxwell 2D 및 3D Tool을 이용한 시뮬레이션 결과를 토대로 본 논문에서 제안한 소형화 및 권선 자동화에 적합한 사출형 평면 동판 권선 방식의 Flyback 변압기 최적화 설계를 수행하였다.
This paper gives a fundamental study of the design method of Flyback Transformer(FBT) in the Multioutput Flyback DC-DC Converter. We explained a winding strategy and Core selecting of the Flyback transformer to get the design guidelines for optimizing the performance of Flyback DC-DC Converter. The final goal of this paper is to obtain design rules of the Flyback transformer to minimize the leakage inductance for good quality of DC Souce.
The flyback topology is being widely used in power adapters. The coupling capacitance between primary and secondary windings of a flyback transformer is the main path for common-mode (CM) noise conduction. A Y-cap is usually used to effectively suppress EMI noise. However, this results in problems in space, cost, and the danger of safety leakage current. In this paper, the CM noise behaviors due to the electric field coupling of the transformer windings in a flyback adapter with synchronous rectification are analyzed. Then a scheme with balance winding is proposed to reduce the CM noise with a transformer winding design that eliminates the Y-cap. The planar transformer has advantages in terms of its low profile, good heat dissipation and good stray parameter consistency. Based on the proposed scheme, with the help of a full-wave simulation tool, the key parameter influences of the transformer PCB winding design on CM noise are further analyzed. Finally, a PCB transformer for an 18W adapter is designed and tested to verify the effectiveness of the balance winding scheme.
This paper proposes a high efficiency step-down flyback converter using a coaxial-cable coupled-inductor which has a higher primary-secondary flux linkage than sandwich winding transformers. The structure of the two-winding coaxial cable transformer is described, and the coupling coefficient of the coaxial cable transformer and that of a sandwich winding transformer are compared. A circuit model of the proposed transformer is also obtained from the frequency-response curves of the secondary short-circuit and of the secondary open-circuit. Finally, the performance of the proposed transformer is validated by the experimental results from a 35W single-output flyback converter prototype. In addition, the proposed two-winding coaxial transformer is extended to a multiple winding coaxial application. For the performance evaluation of the extended version, 35W multi-output hardware prototype of the DC-DC flyback converter was tested.
본 논문에서는 10W급 Tablet용 AC to DC Adapter의 소형화 및 슬림형에 적합한 평면 Flyback 변압기 최적화 설계에 대해서 나타낸다. 또한 본 논문에서는 수동권선의 기존 양산 Flyback 변압기에 비해 자동권선, Trans 크기 저감 및 누설 인덕턴스(Lk) 저감이 가능한 Hybrid형 사출 권선 변압기와 Drum형 사출 권선 변압기를 제안한다. 특히 본 논문에서 제안한 Drum형 사출 권선 변압기는 Hybrid형 사출 권선 변압기 2차측의 동판 사출 권선 접속 문제를 해결하기 위하여 변압기를 수평으로 눕힌 형태로 구성하였다. 본 논문에서 제안한 Hybrid형 사출 권선 변압기와 Drum형 사출 권선 변압기의 1차측과 2차측 권선은 각각 기존 권선과 동판 사출 권선을 사용하였다. 본 논문에서 제안한 Hybrid형 사출 권선 변압기와 Drum형 사출권선 변압기에 대해 Maxwell 2D 및 3D Tool을 이용하여 소형화 및 슬림형에 적합한 평면 Flyback 변압기 최적화 설계를 수행하였다.
In this paper, aiming at high-voltage applications, transformer windings schemes of multiple-output two-transistor flyback converters are investigated, which are mainly based on the stray capacitances effect. First, based on a transformer model including equivalent stray capacitors, the operational principle of the converter is presented, and the main influence of its stay capacitors is determined. Second, the windings structures of the transformer are analyzed and designed based on the stray capacitances effect. Third, the windings arrangements of the transformer are analyzed and designed through a coupling analysis of the secondary windings and a stray capacitance analysis between the primary and secondary windings. Finally, the analysis and design conclusions are verified by experimental results obtained from a 60W laboratory prototype of a multiple-output two-transistor flyback converter.
본 논문은 가변주파수 스위칭 방식의 flyback 컨버터를 이용한 자동차용 35[W]급 고휘도 방전 램프용 전자식 안정기의 고효율 제어시스템을 구현하였다. 또한 안정기 성능, 크기 그리고 효율을 고려하여 planar 변압기를 이용하여 flyback 컨버터를 설계하였다. HID 램프를 자동차에 적용하기 위해 복잡한 과도특성을 제어할 수 있는 매우 복잡한 제어회로와 고효율의 안정기의 제작이 요구되어진다. 제안된 전자식 안정기는 planar 변압기를 사용한 flyback 컨버터, full bridge 인버터와 승압 점화장치로 구성되어 있으며, flyback 컨버터의 스위칭 주파수는 안정기에 입력전압의 변화에 따라 제어되도록 설계하였고, planar변압기를 사용하여, 안정기의 가격과 크기를 크게 절감할 수 있었다. 제안된 시스템에 대한 성능 및 효율은 여러 가지 실험을 통해 확인하였다.
A balanced forward-flyback converter for high efficiency and high power factor using a foward and flyback converter topologies is proposed in this paper. The conventional AC/DC flyback converter can achieve a good power factor but it has the high offset current through the transformer magnetizing inductor, which results in a large core loss and low power conversion efficiency. And, the conventional forward converter can achieve the good power conversion efficiency with the aid of the low core loss but the input current dead zone near zero cross AC input voltage deteriorates the power factor. On the other hand, since the proposed converter can operate as the forward and flyback converters during switch turn-on and turn-off periods, respectively, it cannot only perform the power transfer during an entire switching period but also achieve the high power factor due to the flyback operation. Moreover, since the current balanced capacitor can minimize the offset current through the transformer magnetizing inductor regardless of the AC input voltage, the core loss and volume of the transformer can be minimized. Therefore, the proposed converter features a high efficiency and high power factor. To confirm the validity of the proposed converter, theoretical analysis and experimental results from a prototype of 24W LED driver are presented.
This research proposes a new type of flyback converter topology based on magnetic circuit sharing. The proposed flyback topology uses a transformer involving shared magnetic flux, and its characteristic is magnetic flux cancelation by cross magnetic flux in the magnetic flux-sharing part of the core. The new topology aims to reduce the volume of transformer by reducing the cross section of the core. Compared to conventional converters using only 1 transformer, its circuit configuration involving the serial input and parallel output of 2 flyback coils allowed increased converter insulation strength. In addition, the adoption of interleaved switching method achieved the improvement of output voltage ripple, while magnetic circuit sharing reduced by 50% the cross section of core where magnetic circuit was shared.
This paper presents a cell balancing method for a single switch flyback converter with a multi-winding transformer. The conventional method using a flyback converter with a multi-winding transformer is simple and easy to control, but the voltage of each secondary winding coil might be non-uniform because of the unequal effective turn-ratio. In particular, it is difficult to control the non-uniform effect using turn-ratios because secondary coil has a limited number of turns. The non-uniform secondary voltages disturb the cell balancing procedure and induce an unbalance in cell voltages. Individual cell control by adding a switch for each cell can reduce the undesirable effect. However, the circuit becomes bulky, resulting in additional loss. The proposed method here uses the conventional flyback converter with an adjustment made to the output filters of the cells, instead of the additional switch. The magnitude of voltage applied to a particular cell can be reduced or increased according to the adjusted filter and the selected switching frequency. An analysis of the conventional converter configuration and the filter design method reveals the possibility of adequate cell balancing control without any additional switch on the secondary side.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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