Nowadays, power supply market needs the adaptor power supply with high power density and high efficiency. To meet this trend, many researches are conducted in power companies. Especially, converters without output inductor hold more attraction, because they can be achieved for high power density.
There are two types of converter topologies which have no output-inductor for DC/DC converter, active clamp flyback converter and output-inductor-less converter. However, these two types of converters have critical problems. In active clamp flyback converter, DC offset current which degraded transformer utilization is existed and makes transformer bulky. It cause low power density. Output-inductor-less active clamp forward converter has high RMS value of current which cause heat problem.
This paper proposes an output-inductor-less active clamp forward converter employing current boost-up technique for high efficiency adaptor. By applying the proposed current boost-up technique, the proposed converter has low conduction loss and low voltage ringing of the secondary rectifier. This paper presents the operational principle, design consideration, the analysis of the proposed converter. Experimental results are demonstrated to verify the feasibility and advantages of the proposed converter.
최근에 노트북, 핸드폰, mp3와 같은 휴대용 전자기기의 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 이러한 휴대용 전자기기의 배터리를 충전하거나 파워를 공급하는 어댑터의 수요 역시 증가하고 있다. 어댑터 제품들에 대해 최근 이슈화되고 있는 것은 전력밀도, 온도 변화, 평균 효율, 대기전력 등이 있다. 특히 이 중에서 평균 효율 조건이 가장 주요한 이슈로 되고 있어 이를 만족시키기 위해 넓은 로드 조건에서의 전력손실을 최소화 시켜야 한다.
국제 하모닉 규제인 IEC61000-3-2는 어댑터를 클래스 D로 분류하고 75W 이상 600W이하의 제품에 대하여 규제를 적용하고 있다. 이에 따라 75W이하의 제품은 AC/DC의 1 스테이지로 구성되어 있고, 75W 이상의 제품의 경우 하모닉 규제 만족을 위한 PFC와 DC/DC 스테이지로 구성되어 있다. 일반적으로 PFC는 부스트 컨버터를 사용하고 있으며 부스트 컨버터 특성상 출력전압을 400V로 설계하고 있다. 현재 어댑터는 전력밀도 조건을 충족 시키기 위하여 DC/DC stage에 출력인덕터가 없는 형태의 컨버터가 고려되고 있다.
출력인덕터가 없는 형태의 대표적인 컨버터로는 액티브 클램프 플라이백 컨버터와 출력인덕터가 없는 액티브 클램프 포워드 컨버터가 있다. 액티브 클램프 플라이백 컨버터는 영전압 스위칭이 가능하고, 전류의 RMS 값이 작다.
하지만 자화전류의 오프셋이 존재하여 메인 스위치의 ZVS 영역이 좁고, 트랜스포머가 커지는 단점을 갖고 있다. 이러한 큰 트랜스포머는 고밀도 조건을 만족시키는데 큰 문제점으로 대두되고 있다. 액티브 클램프 포워드 컨버터는 자화전류의 offset이 없으므로 영전압 스위칭 영역이 넓고, 작은 변압기를 갖는 장점이 있다. 하지만 전류의 RMS 값이 큰 단점을 갖고 있습니다. 이러한 단점은 SR에 축전기를 추가하여 극복할 수 있다. 이 점을 고려하여 새로운 회로를 제안하였다.
제안하는 회로는 부하전류 크기에 따라 증폭되는 전류의 양이 변하는 특징이 있어 도통손실이 작은 장점이 있고, 전류증폭기가 스너버 회로의 역할을 하는 특징 또한 있다. 제안된 회로의 동작과 특징을 검증하기 위하여 85W DC/DC 컨버터를 제작하여 전체적인 동작을 수행하여 동작을 검증하였다. 이를 통하여 효율의 개선효과를 검증하였다.
결론적으로, 제안된 회로는 예상했던 효과를 모두 검증하고 확인할 수 있었다. 추후 과제로는 제안된 회로의 도통 손실을 더욱 절감하기 위하여 최고 시비율을 증가시키는 연구가 진행되어야 한다.
