본 연구에서는 고효율 및 소형화, 고밀도 전원공급장치를 제작하기 위하여 Active Clamp 방식의 전압, 전류를 공진시키는 소프트 스위칭 기법 및 손실을 저감할 수 있는 동기정류 방식을 채택한 Forward 방식의 DC/DC 컨버터를 개발하였다.

현재 국제 경쟁력이 있는 정보통신기기의 전원공급장치는 향후 지속적인 경쟁력 유지 차원에서 필수적으로 고전력밀도 전원공급장치를 채용하여야 할 것이므로 고전력밀도 전원공급장치의 국산화 개발은 수입대체 효과 뿐만 아니라 관련기술 자립에도 기여할 것이다.

특징

- 스위칭시 전압이나 전류를 공진시켜 영전압, 영전류 스위칭을 시킴으로써 스위칭 손실을 최대한으로 감소시킬 수 있는 소프트스위칭 기법을 사용
- PCB 패턴을 이용한 자성소자 설계방법 적용
: 크기에 있어서 높이를 줄일 수 있다.
: 열 특성이 우수하다.
: 권선의 커플링이 좋기 때문에 누설인덕턴스를 최소화 할 수 있다.
- 효율의 증가를 위해 동기정류방식 적용
- Active Clamp 회로를 공진회로에 적용할 경우, 입력전압에 의해 4~5배의 전압스트레스를 발생시키는 것을 제한할 수가 있다.

성능

- 다층레이어 PCB를 이용하여 설계함
- 개발한 컨버터는 50[W]급에 전력밀도 50[W/in3]을 가지고 정격은 입력전압 48[V], 출력전압 5[V], 출력전류 10[A]이다.
- 영전압 스위칭 모드와 비영전압 스위칭 모드에 대해 실험하여 영전압 스위칭 모드가 88%의 효율을 나타냈으며, 비영전압 스위칭 모드가 효율 90.3%로 측정되었다.

파라미터	성능
정격입력전압	48(VDC)
입력전압범위	40~60(VDC)
정격출력전압	5(VDC)
정격출력전류	10(ADC)
스위칭주파수	250㎑
전력	50(W)
효율	90(%)
전력밀도	50(W/in3)

결론

제작한 컨버터의 스위칭 손실과 트랜스포머의 손실을 개선할 여지가 남아 있다. 본 연구의 결과를 토대로 하여 향후 보다 고밀도 안정화 전원장치 및 고성능 특수 전원 장치에 적용은 물론, 산업분야의 전반적인 기술 발달에 많은 기여를 할 것으로 사료된다.

※ 본 연구는 한양대학교 응용전자회로 연구실과 공동으로 수행한 과제임