고전류 입력 조건의 LLC 공진형 컨버터를 위한 낮은 기생 커패시턴스를 가진 인터리브드 서펜타인 권선법 기반 고주파 평면형 변압기

Abstract

LLC 공진형 컨버터는 고효율, 고전력밀도로 설계되어야 하며 특히 입-출력 사이의 절연 및 전압 변환의 역할을 하는 변압기의 부피와 손실을 줄이는 것이 중요하다. 높은 전력 밀도를 달성하기 위해 평면형 코어를 사용할 경우 제한된 창 면적 내에서 권선 배열에 따라 기생 성분들의 크기 및 변압기 손실이 크게 달라지기 때문에 여러 고려 사항에 대한 해석을 필요로 한다. 본 논문에서는 평면형 코어의 창 면적을 최대한 활용하여 높은 전류 입력으로 인한 권선 손실을 줄이고 낮은 기생 커패시턴스 및 우수한 조립성의 장점을 갖는 인터리브 서펜타인 권선법을 제안한다. 이 권선법은 DC 손실을 저감하기 위해 litz wire를 사용하며 일반적인 권선 형태의 U-type 권선법과 비교하여 권선 배치를 위한 추가적인 공간을 필요로 하지 않는다. 제안하는 권선법의 기생 커패시턴스 저감 효과를 확인하기 위해 U-type 권선법과의 용량성 에너지 분포를 비교하고 각 권선법들의 유효 커패시턴스를 계산하는 수식을 도출한다. 마지막으로 Finite Element Analysis(FEA) 시뮬레이션과 7.5kW LLC 공진형 컨버터 실험을 통해 제안하는 변압기의 유효성을 검증한다.