2kW 출력을 갖는 영전압 스위칭 위상 천이 풀 브리지 컨버터 설계

ZVS Phase Shift Full Bridge Converter Design with 2kW Output

전력 변환 시스템의 고효율, 고전력 밀도를 위한 많은 연구가 활발하게 되어 왔다. 스위칭 주파수를 높임으로써 컨버터의 소형화 및 경량화를 꾀할 수 있으나 스위칭 주파수를 높이게 되면 스위칭 손실이 증가하게 된다. 따라서 스위칭 손실을 저감하기 위한 기법이 적용되어야 한다. 본 연구에서는 이 중 부가적인 회로 없이 변압기의 누설 인덕턴스와 스위치의 출력 커패시터를 이용하여 영전압 스위칭이 가능한 영전압 스위칭(Zero-Voltage Switching) 위상천이(Phase Shift) 풀 브리지 컨버터를 이용하여, 영전압 위상천이 풀 브리지 컨버터의 동작원리를 해석하고 2kW의 출력을 갖는 영전압 스위칭 풀 브리지 컨버터를 설계한다. 각 모드별 동작을 스위치 도통 상태와 전압 전류 파형으로 분석하였다. 분석 결과, 영전압 스위칭이 도통 스위치들의 각 쌍 사이의 위상 변화에 의해 최대 효율을 달성하는 것을 확인하였다. 제안된 영전압 위상천이 풀 브리지 컨버터 설계를 검증하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 툴인 PowerSIM사의 PSIM을 이용하여 설계된 2kW 출력 전력을 갖는 영전압 스위칭 위상천이 풀 브리지 컨버터의 성능을 확인하였고, 실험을 통해 연구의 타당성을 입증하였다.

It has been studied over the long time for the high efficiency and high power density of the power converter. It is possible to obtain higher power conversion efficiency and small volume by increasing switching frequency, however, the switching loss is also increased. The soft switching technique can overcome of the above deficiency. The design and analysis method for ZVS(Zero Voltage Switching) Phase Shifte Full bridge converter is presented in this paper. The power transfer depends on the phase difference between two legs of the power stage and the maximum power conversion efficiency is achieved by the optimum leakage inductance value. The waveform of the current and voltage of the operational mode is analysed and the corresponding switch status is plotted as on/off status. A ZVS full bridge converter for a communication rectifier with 2kW output power is implemented and its performance are verified through PSIM software simulation and experimental results.