변압기 가변 턴비를 이용한 넓은 운전영역을 갖는 고효율 LLC 공진형 컨버터 배터리 충전기

Abstract

본 논문은 LLC 공진형 컨버터 배터리 충전기가 고효율과 넓은 출력전압 범위를 만족 시킬 수 있도록 변압기의 턴비를 가변 할 수 있는 기법에 대해 제안한다. LLC 공진형 컨버터는 전 부하 영역에서 영전압 스위칭이 가능하여 스위칭 손실을 저감 할 수 있기 때문에 높은 주파수에서 고효율 운전이 가능하다. 그러나 고효율 운전을 위해서는 공진탱크 내의 자화 인덕턴스를 크게 설계 하여야 하는데 이러한 경우 넓게 변하는 전압 범위를 만족하기 어렵다는 단점을 갖는다. 따라서 컨버터의 효율과 전압 범위 조절 능력은 트레이드오프 관계에 있다. 본 논문에서는 이러한 단점을 개선하기 위해 보조회로를 동작하여 변압기 턴비를 가변 하는 기법을 제안한다. 본 기법 적용 시 자화 전류와 턴오프 전류 최소화를 위해 자화 인덕턴스를 큰 값으로 최적 설계가 가능하며 넓게 변하는 배터리의 전압 범위 또한 만족 할 수 있다. 본 논문에서는 논리적 회로 분석 및 배터리 부하의 영향을 고려한 제어기 설계 방법에 대하여 제시하였다. 또한 타당성과 유효성을 입증하기 위하여 300W 급 LLC 공진형 컨버터가 사용된 리튬이온 배터리 충전기 시제품을 통해 실험 결과로 증명하였다.