본 논문은 380V DC 배전 시스템의 양방향 전력 흐름 제어와 전력 변환 효율 개선을 위한 고효율 절연형 양방향 AC-DC 컨버터를 제안한다. 제안하는 회로는 비절연형 양방향 AC-DC 정류기와 절연형 양방향 CLLC 공진형 컨버터로 구성된다. AC-DC 정류기의 전력 변환 효율 높이기 위해서 단극성 SPWM 방식을 이용하여 SiC 다이오드와 Anti-parallel 다이오드가 없는 IGBT와 MOSFET를 이용하여 전력 변환 효율을 증가 시켰다. 절연형 양방향 DC-DC 컨버터의 효율을 높이기 위해서 전 범위 ZVS 동작이 가능한 양방향 CLLC 공진형 컨버터를 이용하였다. 5kW 시제품을 통하여 제안하는 절연형 양방향 AC-DC 컨버터의 성능을 검증하였다.
본 논문에서는 자기공진형 무선전력전송의 실용화에 있어, 공진기 간 자기결합을 방해하는 그라운드 문제를 해결하기 위해 슬릿 구조를 설계하고, 커패시터를 연결하여 공진기로써의 성능을 기본적인 루프형의 수신 공진기와 비교하였다. 제안된 슬릿 그라운드 공진기(slit ground resonator)는 가로 31 cm, 세로 20.5 cm, 두께 $35{\mu}m$의 구리박판에 넓이 1 cm의 슬릿을 한 방향이 열린 십자 형태로 설계하였으며, 열린 방향 양단에 6.78 MHz에서 공진하도록 최적의 커패시터가 연결되어 공진기 역할이 가능하다. 수신 공진기는 스위치를 연결하여 열림형(open mode)과 닫힘형(short mode)일 때를 측정하고, 최고 전송효율을 표시하였다. 측정 결과, 수신 공진기가 루프 공진기일 때 가장 높은 전송효율을 보였다. 그러나 노트북 모델의 수신부에 그라운드를 삽입했을 때, 전송효율이 0 %에 가깝게 감소하였다. 반면, 슬릿 그라운드 공진기를 수신 공진기로 사용했을 때, 전송효율은 가장 높았던 루프 공진기의 67 % 회복하였다. 제안된 슬릿 그라운드 공진기는 슬릿을 통해 자기장을 통과시키며, 커패시터를 연결이 공진기로 동작하게 하여 주변 공진기 간 자기결합을 통해 전력을 전송해주는 역할을 수행한다.
본 논문은 전 범위 ZVS를 가지는 OBC-LDC 통합형 차량용 충전기를 제안한다. 제안하는 통합형 충전기는 OBC의 절연부인 양방향 LLC 공진형 컨버터의 2차측 스위치 레그와 LDC의 위상천이 풀브릿지 컨버터의 lagging 레그를 공통으로 사용하여 스위치 개수를 2개 줄일 뿐아니라 경부하에서 ZVS 성취가 어려운 lagging 레그의 전 범위 ZVS 턴온을 가능케 한다. 제안하는 통합형 충전기는 OBC와 LDC의 동시동작이 가능하며 OBC와 LDC가 같이 동작할 때 전류 상쇄효과로 인해 도통손실을 저감할 수 있다. 또한 OBC와 LDC가 동일주파수로 동작하므로 고전압측 출력필터와 EMI 필터의 설계가 간단해지는 장점이 있다. 3.6kW급 LLC 공진형 컨버터와 1kW급 위상천이 풀브릿지 컨버터로 구성되는 통합형 충전기의 시작품을 제작하여 본 논문의 타당성을 증명하였다.
이 연구에서는 광결정 (photonic crystal) 박막 (slab) 위에 제작된 막대형 공진기의 공진모드의 특성을 보고한다. 먼저 3차원 FDTD 방법을 이용하여 각각의 공진 모드들의 모드 형태, 공진주파수, 품위값(Q factor) 등을 구하였다. 광결정 격자의 주기가 $\alpha$ 일 때, 슬랩의 두께는 0.4 $\alpha$ , 구멍의 반지름은 0.35 $\alpha$ 로 하였다. 슬랩의 굴절률 (n) 은 실험에서 사용한 InP의 1.55 $\mu$m 에서의 굴절률 값인 3.4 로 정하였다. (중략)
비대칭형 미소공진기는 방향성방출을 가지기 때문에 원형공진의 단점인 등방성 방출특성을 극복하기 위한 대안으로 많은 흥미를 끌어왔다. 또한 공진기 내에서 빛살궤적이 혼돈현상을 보이기 때문에 고전혼돈과 양자혼돈현상을 연구하기 위한 좋은 시스템을 제공한다. 우리는 높은 신뢰도의 사중극자변형 공진기를 만들기 위해 측면에서 공기를 불던 기존의 방법 대신 비원형 노즐을 이용하는 방법을 개발하였다. (중략)
본 논문에서는 사각 분리형 링 공진기를 기본으로 하는 새로운 노치형 공진기를 제안한다. 이 공진기와 마이크로 스트립 선로가 결합된 R-SRR구조에 대해 전기적인 특성을 시뮬레이션과 측정 결과를 비교하여 나타내었다. 제안된 구조의 공진 특성으로 부터 등가회로를 나타내었고, 공진기의 구조에서 셀의 간격, 셀 사이즈, 셀의 개수 등의 변화에 대한 공진기의 공진 특성의 변화를 나타내었다. 구조적 변수 중에서 셀의 크기 요소가 공진 주파수의 가장 큰 변화 요인이다. 본 연구의 결과는 주파수 가변 대역통과 필터 설계 및 전압 제어 발진기 등의 설계에 활용할 수 있다.
기존의 위상천이 풀 브리지 DC/DC 컨버터의 경우 변압기의 누설 인덕턴스와 2차 측 정류 다이오드의 기생 출력 커패시턴스 사이의 공진으로 인하여 정류 다이오드 양단에 큰 공진 전압이 발생하며, 이는 소자의 신뢰성 저하 및 시스템의 전력 변환 효율을 감소시킨다. 반면 LLC 공진형 컨버터는 2차 측에서 발생되는 공진 에너지가 출력 커패시터로 흡수되지만 경 부하시에 높은 스위칭 주파수로 인하여 효율이 저감되며, 출력 전압을 제어하기 위해 추가적인 부하저항이 요구된다. 따라서 최근에는 LLC 공진형 컨버터로 동작시키면서도 PWM 제어를 통해 출력전압을 제어하는 방법이 연구되고 있으나, 새로운 게이트 구동 방식을 위해 DSP 제어를 사용하고 있다. 따라서 본 논문에서는 산업에서 많이 사용되고 있는 아날로그 IC를 통해 동일한 동작 및 성능을 구현시킬 수 있는 방법에 대하여 제안한다. 본 논문에서는 제안된 방식의 타당성을 검증하기 위하여 이론적으로 분석하며, 6.6kW급 시작품을 제작하여 제안방식의 타당성을 검증하였다.
본 논문은 Solid-state Marx modulator (SSMM)용 10 kV, 1 kW급 고전압 커패시터 충전기의 설계에 대해 기술한다. 개발된 Marx modulator용 충전기는 소프트 스위칭방식을 통해 높은 스위칭 주파수로 동작하는 컨버터를 제안함으로써 고밀도 설계를 구현한다. 특히 고전압 변압기 설계에 있어 피할 수 없는 누설 인덕턴스와 기생 커패시턴스를 회로의 파라미터로 사용 할 수 있는 공진형 컨버터를 기반으로 설계한다. 본 논문에서는 순수 전류원 특성을 가지며 스위치 온, 오프 시 모두 소프트 스위칭이 가능한 Discontinuous Conduction Mode (DCM) 직렬 공진형 컨버터와 공진 전류의 RMS값을 줄이고 변압기의 기생 커패시턴스를 공진 탱크로 사용하는 LCC 공진형 컨버터 Continuous Conduction Mode (CCM)를 설계한다. 각 컨버터의 동작에 따른 해석 및 공진 파라메터 상세 설계에 대해 기술하고 정격 운전 (10 kV, 1 kW) 실험결과를 통해 각 컨버터 토폴로지의 장단점을 비교하고 최종 실험결과에 대해 기술한다.
본 논문은 다양한 종류의 전원을 구비해야 하는 다중출력 전원 시스템을 위한 영전류 스위칭 LLC 공진형 Post-regulator를 제안한다. 기존의 LLC 공진형 컨버터는 정밀한 다중 출력을 얻기 위해 추가의 DC/DC 컨버터가 구성되었고, 이는 전력 변환 효율 감소 및 제조 원가 상승의 단점을 갖고 있다. 제안된 컨버터는 각 소자의 내압 및 전류 스트레스가 작고, 요구되는 출력 당 1 개의 보조 스위치만으로 구현되므로 저가격화에 유리하다. 또한 전력이 전달되는 시점의 공진 전류의 초기값을 가변함으로서 정밀하게 제어되는 다중 출력 전압을 획득할 수 있고, 각 전압의 출력 순서 제어도 가능한 장점이 있다. 뿐만 아니라, 독립된 공진탱크를 이용하기 때문에 공진탱크 설계가 용이하며, 최근 전자 제품의 추세인 슬림화의 요구에 부응할 수 있다. 또한, 제안된 Post-regulator의 모든 전력 스위치는 ZCS가 가능하므로 스위칭 손실을 최소화 할 수 있다. 최종적으로 본 논문에서 제안한 영전류 스위칭 LLC 공진형 Post-regulator를 제작하고, 고찰된 실험결과를 제시하여 제안된 컨버터 및 전원시스템의 우수성과 이론적 분석의 타당성을 검증한다.
본 논문에서는 유전체가 삽입된 원통형 공진기에서 공진주파수들의 모드를 구분하는 방법에 대하여 기술한다. 공진주파수들의 모드를 구분하기 위해 먼저 빈 원통형 공진기에서 계산된 공진주파수와 EM 시뮬레이터인 Microstripes의 시뮬레이션 결과 값을 비교하였다. TE 모드는 가계를 z방향으로 여기시켰을 때, TM 모드는 자계를 ∮방향으로 여기시킨 경우와 비교하여 구분할 수 있었다. 가운데 유전체가 삽입된 원통형 공진기에 이 결과를 적용해 실험결과와 비교하여 모드를 구분하였다. 이 방법이 올바른 지를 확인하기 위해 유전체의 높이를 변화시키며 모드 추적을 하였다. TE011 모드는 공진주파수의 변화가 커서 다른 공진모드와 순서가 바뀌었으나, TE111 모드와 TE211 모드는 공진주수의 변화가 적었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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