subject : 기능이 있는 의료기기용 dc-dc컨버터설계...

학번: 2014284008 이름 : 김태영

전기전자반도체학과

Subject :

논문 발표 자료

단락보호 기능이 있는 의료기기용 DC-DC컨버터설계

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© 2015 Chungbuk National University

서론

본론

결 론

포워드 컨버터 특성 및 동작

음전원 보호회로

시뮬레이션

실험 결과

시뮬레이션 및 실험 결과 비교

발열 특성

의료기기용 전원의 설계방식 및 전압 보호회로

DC/DC 컨버터 설계

전압 보호 회로 설계

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서론

본론

결 론

포워드 컨버터 특성 및 동작설명

음전원 보호회로에 대한 설명

시뮬레이션

실험 결과

발열 특성 비교 및 결론

의료기기용 전원의 토플로지 및 전압 보호회로



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1. 서론

• Forward Converter 선정 : 비용 절감 및 저전력에 용이하기 때문에 의료기기 전원에 적합

• 양 전원을 사용하는 목적

一. 초음파 의료기기 장비의 프로브 전원에 ±100V의 전원이 필요

• 의료기기 장비의 안전성 : 단락 보호 회로

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1. 서론

의료기기용 전원의 설계방식(Topology)

1-1 Fly-back Converter

1-2 Forward Converter

1-3 Half-Bridge Converter

1-4 LLC Resonant Converter

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2. 본론

• 표 2-1 HV On-Board의 설계 사양

설계사양 설명

구 분 설계 사양

입력 전압 [V] 48

입력 전류 [A] 0.48

출력 전압_1 [V] 100

출력 전류_1 [A] 0.05

출력 전압_2 [V] -100

출력 전류_2 [A] 0.05

스위칭 주파수 [kHz] 97

총 전력 [W] 10

효율 [%] 87

출력전압 리플 [%] 1

<표 2-1>

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2. 본론

음전원 보호회로

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서론

본론

결 론



시뮬레이션

실험 결과


의료기기용 전원의 토플로지 및 전압 보호회로



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2. 본론

• 그림 2-1 포워드 컨버터의 회로

포워드 컨버터 특성 및 동작 설명

<그림 2-1>

동작 순서 : On Time : ② -> ③ -> ④ -> ⑤ Off Time : ③ -> ① -> ⑤ -> ⑥

① Reset ② Switch ③Transformer ④ Rectifier ⑤ L-C Filter ⑥ Rectifier

⑤ ④

③

②

①

⑥

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2. 본론

• 그림 2-3 음전원 출력단에 추가된 Hiccup 회로


<그림 2-3>

0

0

0

0

0

-100

Vo2

VCT1

U26pin

U27pin

PWMGate

출력 -100V 단락 정상 동작

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2. 본론

• PISM을 이용하여 Forward 시뮬레이션 실시

• Forward Converter PSIM Simulation

시뮬레이션

<출력 전압, 출력 전류>

< 2차 다이오드 >

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2. 본론

개선 전 개선 후

PWM IC에서 Gate신호가 계속 동작 Q2 FET Drain_Source short 되는 파형 FET Drain_Source short 인해 발열 발생. FET온도 208℃ 구간에서 FET 소손.

PWM IC에서 Gate 신호가 Hiccup동작으로 동작. NE555 IC를 사용하여 Hiccup동작으로 PWM IC제어 44ms 씩 간격으로 Hiccup동작.

Gate

D-S

-100V출력단 단락시 Q2 FET Drain파형 결과

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2. 본론

• 44ms 씩 간격으로 Hiccup동작하여 FET 열폭주 및 소손 현상을 방지함.

-100V출력단 단락시 Q2 FET Drain파형 결과

5. On-Board -100V 출력 단 Short시 Q2 Drain 파형 개선 전 후 비교 결과

개선 후

44ms Gate

D-S

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2. 본론


5. On-Board -100V 출력 단 Short시 Q2 Drain 파형 개선 전 후 비교 결과

개선 전 개선 후

-100V출력 만 단락되는 경우 FET Drain_Source short 인해 발열 발생함. FET 온도 203.7℃ (TJ: -55 ~ +175℃) FET온도 208℃ 구간에서 FET 소손됨.

NE555 IC를 사용하여 Hiccup동작으로 Q2 FET 보호함. FET 온도 42.7℃

본 논문에서는 음전원 단락시 문제 발생하였던 (FET 소손) 것을 보호 회로를 추가하여 열 개선한 DC-DC Converter 를 제안 하였으며 실제 시작품을 제작하여 기능실험 및 내구실험을 통해 성능을 검증하였다.

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서론

본론

결 론



시뮬레이션

실험 결과


의료기기용 전원의 토플로지 및 전압 보호회로(설계한 DC/DC 필요



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3. 결론

의료기기용 토플로지 중에 포워드 방식으로 선정

시뮬레이션을 통해 출력 전압의 리플 및 안전성 증명

의료기기 안전 사고 보호 장치에 대한 음전원 보호 회로 증명(보호회로 동작 및 발열)

현 시작품을 통하여 안전성 및 보호회로 설계에 대한 검증을 통해 고객 제품에 적용

보호회로를 적용한 제품

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