Recently, the LLC series resonant converter is widely used for the front end DC-DC power conversion system because it has many advantages over other power converters. However, it is difficult to apply this topology to high current applications because the current ripple stress on the output capacitor is severely high. Nevertheless, with the interleaving technique, it is possible to reduce the output current ripple drastically. A novel and easier implementation of the interleaving control signals for two paralleled converters is proposed in this dissertation, which consists of the remarkably simple circuit of two D flip-flops and one logic inverter. The proposed method can utilize the characteristics of resonant controller so that it is possible to control the converter robustly.
Besides on these simplicity and robustness, it is possible to control the number of phases at certain load condition with additional load detection circuit. With this circuit, the efficiency of light load condition can be increased as similar to single phase LLC converter.
In order to validate the proposed method, two kinds of interleaved LLC converter are suggested. One has input-parallel and output parallel configuration and the other has input-series and output-parallel configuration. Furthermore, the laboratory experiments are executed and discussed with a 480W prototype.
최근 IT 기술의 발달로 인터넷 서버와 개인용 퍼스널 컴퓨터의 전원단에 관한 요구 사항들이 엄격해지고 있는 추세다. 그것은 바로 전원단의 공간은 일정하지만 높은 전력을 요구하고 있기 때문에 전력 밀도의 증가를 의미한다. 이러한 높은 전력 밀도를 만족하기 위해서 역률 개선 회로와 더불어 DC/DC 절연형 컨버터의 새로운 개발이 필요하다. 가장 많이 사용되고 있는 컨버터들 가운데 LLC 직렬 공진형 컨버터가 주목을 받고 있는데, LLC 직렬 공진형 컨버터는 아주 낮은 부하 범위에서 아주 높은 범위까지 영전압 스위칭이 가능하며 DC 전압 이득 특성 또한 넓은 입력전압범위에 대해서도 일정한 출력 전압을 생성할 수 있는 장점이 있어서 최근에 많은 제품들의 전원단에 사용되고 있다. 하지만 출력단으로 전달하는 전류 형태가 영전류 스위칭 특성을 가지고 있어서, 부하 전류에 비해서 큰 리플 전류를 지니는 단점을 가지고 있다. 따라서 LLC 직렬 공진형 컨버터는 큰 부하 전류를 요구하지 않는 전원단에 주로 사용되고 있으며 낮은 전압과 높은 출력 전류를 요구하는 인터넷 서버의 전원단과 개인용 퍼스널 컴퓨터에는 적용하기에는 한계를 지니고 있다. 이러한 출력 사양에 LLC 직렬 공진형 컨버터를 사용하기 위해서는 아주 낮은 등가 직렬 저항을 가지는 커패시터를 사용하거나 많은 수의 커패시터들을 사용해야 되는데 이 경우 많은 공간을 요구하기에 전력 밀도를 높이는데 한계가 있다. 이러한 상황에서 최근에 리플 전류를 줄이는 방법으로 인터리브드 방식을 이용한 컨버터 설계가 주목을 받고 있는데, 인터리브드 방식은 리플 전류를 줄일 수 있다. 이로 인해 인터리브드 방식의 컨버터에는 수동 소자의 개수 또한 상당히 줄일 수 있는 이점을 지니고 있다. 하지만, 이러한 인터리브드 방식은 펄스폭 변조 방식에 주로 사용되고 있으며 주파수 가변 방식을 지니고 있는 LLC 공진형 컨버터에 적용하기에는 한계가 있다.
그래서 본 논문에서는 두개의 LLC 공진형 컨버터를 인터리브드 방식으로 쉽게 구동하기 위한 새로운 게이트 신호 발생 방법을 제안하였다. 그리고 이 새로운 방법은 낮은 부하에서 효율을 높이기 위해서 출력 부하를 추정하여 낮은 부하범위에서는 하나의 LLC 공진형 컨버터를 구동하며 높은 부하 범위에서는 출력 전류 리플을 줄이기 위해 두개의 LLC 공진형 컨버터를 인터리브드 방식으로 구동한다. 그리고 인터리브드 방식은 병렬 구동의 일종이기 때문에 병렬 구동을 위한 각각의 컨버터들의 부하 밸런싱 방법을 위한 설계 지침 또한 제시하였다.
또한 DSP로 구성된 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 경우 다양한 알고리즘으로 구동될 수 있다.
그리고 인터리브드 LLC공진형 컨버터를 보다 쉽게 공진 주파수 근처에서 동작하도록 직렬 입력단을 가지는 LLC공진형 컨버터를 제안하였으면 이 경우, 병렬 입력단을 가지는 LLC공진형 컨버터보다 보다 쉽게 설계가 가능하면 부하에 따른 주파수 변동이 적게 되도록 설계할 수 있다.
제안된 방법들은 실제 실험 세트로 구현하였으며 그 효용성 또한 검증하였다. 제안된 방법을 통해서 높은 전력 밀도를 요구하는 전원단에 LLC 공진형 컨버터 병렬 구동을 쉽게 할 수 있으며 이는 현재 사용되고 있는 전원단의 전력 밀도를 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.