병렬 운전을 통한 4kW급 인공위성용 아날로그 LLC 공진형 컨버터 개발

Development of 4kW Analog LLC Resonant Converter for Satellites through Parallel Operation

전력용 반도체의 제로 전압 스위칭 턴 온을 실현할 수 있는 항공우주용 어플리케이션에 고전력 전원을 공급할수 있는 모듈형 아날로그 LLC 공진형 컨버터가 제안되었다. LLC 공진형 컨버터는 하프 브리지 방식이면서 상단및 하단 스위치는 우주에서 사용할 수 있는 낮은 용량의 전력용 반도체 2개를 병렬로 연결하여 전류 용량을 증가시키는 구조로 설계하여 최대 1.2kW(300V, 4A)의 출력이 가능하다. 각각의 LLC 공진형 컨버터 모듈은 100V 전원을 입력 받아 300V를 출력하는 Step-Up 형태의 DC/DC 컨버터 이며 출력은 정 전압, 정 전류 구동이 가능하도록설계하였다. 본 논문에서는 제안된 DC/DC 컨버터의 동작 원리, 정상상태 분석 등 설계에 대해 기술하고, 유효성을 검증하기 위해서 프로토타입을 제작하여 실험을 진행하였다. 이를 통해 최대 효율은 95.3%, 출력은 약 4kW(300V, 3.2A)의 결과를 도출하여 여러 개의 모듈을 병렬로 구성하여 로드 쉐어링을 통해 고효율, 고전력 전원 공급장치의 실현 가능성 및 출력 성능을 검증하였다.

A modular analog LLC resonant converter capable of delivering high power for aerospace applications with zero voltage switching turn on of power semiconductors has been proposed. The LLC converter utilizes a half bridge configuration, with top and bottom switches designed by paralleling two low capacity power semiconductors suitable for use in space, thereby increasing the current capacity to enable an output of up to 1.2kW. Each LLC converter module takes in 100V power and outputs 300V in a step up DC/DC converter configuration, designed to operate with regulated voltage and current. This paper describes the operating principles and steady state analysis of the proposed DC/DC converter. To validate its effectiveness, a prototype was constructed and tested. The tests yielded a max efficiency of 95.3% and an output of approximately 4kW, demonstrating the feasibility and output performance of high efficiency, high power supplies through load sharing of multiple modules in parallel.