Nowadays, the trend of power supply market is more inclined to high switching frequency, high efficiency and high power density. To meet this trend, Resonant Power Supply holds more attraction, because it can be operated in high switching frequency with high efficiency. There are many Resonant Power Supplies such as Series-Resonant Converter, Parallel-Resonant Converter and Series-Parallel Resonant Converter. Among them, LLC Resonant Converter has a lot of advantages over the conventional Series-Resonant Converter and Parallel-Resonant Converter considering relatively narrow switching frequency variation over wide input and load variation, Zero-Voltage-Switching (ZVS) for entire load range. Therefore, the LLC Resonant Converter has been widely used and discussed. However, the conventional analysis of LLC Resonant Converter with Fundamental Harmonic Approximation can not explain the practical operation of LLC Resonant Converter. To overcome this limitation, in this thesis, analysis and design of the LLC Resonant Converter including parasitic components which are affecting converter operation, such as the leakage inductance at the transformer secondary side, the parasitic capacitance of transformer, and junction capacitance of rectifier diode, are proposed using a traditional analysis based on Fundamental Harmonic Approximation. The effect of each parasitic component is analyzed with simulation results and the design guideline standing on this analysis will be described. Moreover, the experimental results of prototype designing on the basis of the analysis are shown to demonstrate the proposed analysis and design guideline.
최근 Power Supply 시장의 소형화, 고효율, 고밀도 Power Supply 요구에 따라 높은 스위칭 주파수를 가지는 컨버터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이런 높은 스위칭 주파수를 가지며 고효율, 고밀도 전원으로 사용될 수 있는 다양한 컨버터 중에서 특히 공진 컨버터가 큰 관심의 대상이다. 공진 컨버터는 직렬 공진 컨버터, 병렬 공진 컨버터, 직병렬 공진 컨버터로 나뉠 수 있다. 여러 공진 컨버터 중에서 LLC 공진 컨버터의 경우 직렬 공진 컨버터와 병렬 공진 컨버터에 비해서 구조적으로 간단하고, 입력 전압과 출력 부하의 변동에 따른 주파수 변동이 상대적으로 작으며, 모든 부하 조건에 대하여 영전압 스위칭 특성 등의 장점을 가진다. 그래서 LLC 공진 컨버터의 경우 Notebook Adapter, Power Supply for PDP, Sever Power Supply 등 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 이에 대해 현재까지 많은 연구 결과가 이루어져 왔다.
지금까지의 LLC 공진 컨버터의 연구는 주로 이상적인 회로를 가정하고 주파수 영역에서 기본파 근사 해석을 통한 설계 방법을 제시하고 있다. 하지만 컨버터를 구성하고 있는 소자들로 인해 야기되는 기생 성분들은 실제 컨버터의 동작에 영향을 미치게 된다. 설계 과정에서 고려되지 않은 기생 성분들은 설계 과정에서 예측하지 못한 컨버터의 동작을 가져오게 되고, 컨버터의 제어나 운용 관점에서 다양한 문제를 야기할 수 있게 된다. 따라서 본 논문에서는 이러한 기생 성분들의 영향을 고려한 LLC 공진 컨버터의 해석과 이러한 해석을 바탕으로 한 설계 방법을 제시, 실제적인 LLC 공진 컨버터를 설계할 수 있도록 하였다. 그리고 다양한 실험 결과를 통하여 제안된 해석과 설계 방법을 검증하였다. 그러므로 제안된 LLC 공진 컨버터의 해석과 설계 방법은 LLC 공진 컨버터를 설계하는데 있어서 실제적으로 사용될 것으로 기대된다.
