LLC 공진형 컨버터를 위한 누설 인덕턴스 조정이 가능한 새로운 고주파 일체형 변압기의 분석 및 설계

Abstract

In order for the LLC resonant converter applying the integrated transformer to obtain the desired output voltage range, it is important to adjust the leakage inductance approximately to the design value. Several integrated transformer structures and design techniques have been studied to adjust the leakage inductance, but it is difficult to apply to winding transformers due to the need for additional devices or complex winding structures. This paper proposes a novel winding-based integrated transformer structure that could adjust leakage inductance without a separate device through a section in which primary and secondary windings are completely separated and partially overlapped. The proposed integrated transformer structure is specified based on the design techniques considering not only efficiency and power density but also reliability, such as magnetic flux, temperature saturation, etc. The proposed structure and design technique were validated through Finite Element Analysis (FEA) simulation and 10kW LLC resonant converter experiments.|일체형 변압기를 적용한 LLC 공진형 컨버터의 원하는 출력 전압 범위를 얻기 위해서는 누설 인덕턴스를 설계값에 근사하게 조정하는 것이 중요하다. 누설 인덕턴스를 조정하기 위해 여러 가지 일체형 변압기 구조와 설계 기법들이 연구되었지만, 추가적인 장치를 요구하거나 복잡한 권선 구조가 요구되어 권선형 변압기에는 적용하기 어려웠다. 본 논문에서는 1, 2차 측 권선이 완벽히 분리된 구간과 부분적으로 겹쳐진 구간을 통해 누설 인덕턴스를 별도의 장치 없이 조정이 가능한 권선형 기반의 새로운 일체형 변압기의 구조를 제안한다. 제안한 일체형 변압기 구조는 효율, 전력 밀도뿐만 아니라 자속 및 온도 포화 등의 신뢰성을 고려한 설계 기법을 바탕으로 구체화한다. 제안한 구조 및 설계 기법은 Finite Element Analysis(FEA) 시뮬레이션과 10kW LLC 공진형 컨버터 실험을 통해 유효성을 검증하였다.