In this paper, a new asymmetrical half-bridge (AHB) converter using new rectifier with an active-clamp cell is proposed. The AHB converter is one of the popular topologies in low power applications due to small number of components, ZVS capability, and small output filter size. However, when the AHB converter is designed in wide input voltage range to satisfy the hold-up time requirement, it operates with small duty ratio in nominal state and has a small turns-ratio of transformer which causes several problems such as large DC offset current, poor ZVS condition, and large conduction losses. To solve these problems, the proposed converter uses an active-clamp cell in rectifier. The active-clamp cell not only clamps the voltage stress of a diode, but also makes additional voltage gain for the hold-up time. Therefore, the proposed converter can be designed regardless of hold-up time which enables to be operated with large duty ratio in nominal state and has a large turns-ratio of transformer. Therefore, the proposed converter has a high efficiency in entire load conditions. The effectiveness of the proposed converter is verified with a 19.5V/10.25A prototype converter.
소형 가전과 같은 전자제품 시장의 규모가 증가함에 따라, 전원장치의 고효율화의 중요성이 계속해서 대두되고 있다. 전원장치는 PFC 컨버터와 DC/DC 컨버터로 이루어지는데, DC/DC 컨버터의 고효율화를 위해서는, 작은 RMS 전류, 스위치의 영전압 스위칭(ZVS), 다이오드의 낮은 전압 스트레스를 달성하는 것이 중요하다.
하지만, 일반적인 전원장치는 hold-up time 이라는 조건을 필요로 하는데, 이 조건을 만족시키기 위하여 DC/DC 컨버터는 넓은 입력전압 범위에서 동작하게 되고, 이로 인하여 위에서 언급된 고효율을 위한 조건들에 악영향을 미친다.
다양한 DC/DC 컨버터 토폴로지 중, 비대칭 하프-브리지(AHB) 컨버터는 적은 소자수로도 높은 효율을 가져, 소형가전과 같은 낮은 전력용량의 어플리케이션에서 사용되기 적합하다. 하지만, 비대칭 하프-브리지 컨버터는 hold-up time을 고려하여 넓은 입력전압 범위에서 동작하도록 설계되면, 높은 RMS 전류와 높은 오프셋 전류로 인한 작은 ZVS 에너지, 그리고 높은 다이오드 전압스트레스를 갖는 문제점이 있다.
따라서 정류기단에 새로운 액티브 클램프 회로를 사용하여 기존의 비대칭 하프-브리지 컨버터가 갖는 문제점을 해결할 수 있는 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 다이오드의 전압 링잉을 저감하기 위해 일반적으로 사용하는 RCD 스너버 회로 대신에 액티브 클램프 회로를 사용한다. 이로 인하여 액티브 클램프 회로가 사용된 다이오드의 전압 링잉이 완전히 제거되고, RCD 스너버에서 발생하는 손실을 줄일 수 있다. 또한, 입력 전압이 낮아지는 hold-up time동안 액티브 클램프 회로가 추가적인 전압원으로 동작하기 때문에, 입력전압이 낮아지더라도 이와 관계없이 회로가 설계될 수 있다. 이에 따라, hold-up time 조건을 만족시키기 위해 발생하였던 문제들(높은 RMS 전류, 작은 ZVS 에너지, 높은 다이오드 전압스트레스)이 발생하지 않는다.
결과적으로, 제안하는 회로는 낮은 RMS 전류 스트레스와 높은 ZVS 에너지, 그리고 낮은 다이오드 전압 스트레스를 갖게 되어 전 부하 영역에서 기존의 컨버터들에 비해 높은 효율을 갖는다. 제안하는 컨버터의 효용성은 280-410V 입력, 19.5V/10.25A (200W) 출력의 스펙에서 검증되었다.
