Power supplies, which are essential to electronic devices, have been required to achieve higher power density and higher efficiency for miniaturization and environmental conservation. Accordingly, many researchers have tried to obtain high-power-density and high-efficiency power supply by reducing the volume and power loss of power supply components. Meanwhile, the power supply for electronic devices above 75W using single phase is composed of three power stages. 1) Power factor correction (PFC) stage for meeting the harmonics regulation, 2) DC/DC stage for regulating the output voltage and output current precisely, 3) Standby stage for supplying power to standby power and control power. Therefore, to achieve high power density and high efficiency, these three power stages should have minimized volume and power loss.
In this dissertation, to obtain high-power-density and high-efficiency power supply, the reasons of large power loss and volume of the conventional power supply are analyzed for each power stage. Then, conventional researches are discussed. Finally, a new power supply utilizing half-bridged structured PFC stage is proposed and applied to the data center power supply which has become more important in the recently big data era. Since the proposed research not only reduces the power loss of all power stages but also minimizes the volume of the standby stage, the proposed research can achieve high-power-density and high-efficiency data center power supply. Moreover, the concept of the proposed research can be applied to all power supplies with the PFC stage as well as data center power supply.
전원장치는 전기기기에 전원을 공급하기 위한 필수요소로써 전기기기의 소형화 및 환경 보존을 위해 점점 더 높은 전력밀도와 높은 효율이 요구되고 있다. 따라서 많은 연구자들이 전원장치 구성요소의 부피와 손실을 줄임으로써 전원장치의 고밀도.고효율을 달성하기 위해 노력하고 있다. 한편, 단상전원을 이용하는 75W 이상의 전기기기를 위한 전원장치는 세 가지 필수 전원단으로 구성된다. 1)역률 규제를 만족시키기 위한 역률 보상 전원단, 2)출력전압과 출력전류를 정밀하게 제어하기 위한 직류/직류 전원단, 3)대기전력과 제어기에 필요한 전압 및 전류를 공급하기 위한 대기 전원단. 그러므로 단상전원을 이용하는 75W 이상의 전원장치의 고밀도·고효율화를 달성하기 위해서는 이 세가지 전원단의 부피 및 손실을 최소화하는 것이 필수적이다.
본 학위논문에서는 고밀도.고효율 전원장치를 획득하기 위해, 제품에 널리 사용되는 기존 전원장치의 낮은 전력밀도와 낮은 효율의 원인을 각 전원단 별로 분석하고 이를 개선하기 위해 현재까지 연구된 기존 방법에 대해 논의한다. 그리고 기존 연구와 차별성을 갖는 하프-브리지 구조의 PFC단을 활용한 새로운 전원장치 구조를 제안한다. 제안된 연구는 75W이상의 여러 전원장치 중 최근 빅데이터 시대가 도래함에 따라 그 중요성이 점점 더 높아지고 있는 데이터센터용 전원장치를 대상으로 진행되었다. 제안된 연구는 기존 연구와 달리 모든 전원단의 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 대기 전원단의 부피도 줄일 수 있기 때문에 고밀도.고효율 데이터센터용 전원장치를 획득 할 수 있다. 또한 본 학위논문에서 제안된 연구의 개념은 데이터센터용 전원장치뿐만 아니라 PFC단을 사용하는 모든 전원장치에 확대 적용될 수 있다는 특징을 갖는다.
