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.
높은 효율과 긴 수명의 장점들을 갖는 LED는 최근 여러 분야에서 그 쓰임새가 부각되고 있다. 그중 조명용 LED는 일반적인 전원을 바로 사용할 수 없기 때문에 PFC을 비롯한 DC/DC 컨버터 동작을 위한 부가적인 구동회로가 필요하다. 이러한 구동회로는 LED의 장점을 극대화하기 위하여 고효율 달성 및 일정한 휘도를 유지할 수 있도록 설계되도록 요구되어진다. 따라서 본 논문은 스위칭 손실이 보다 적은 LLC 공진 컨버터를 LED 조명용 구동회로에 적용하여 효율을 높이고, 디밍 제어가 가능하도록 구성하여 이를 스위칭 주파수 변화에 따른 동작특성을 분석하였다.
반도체에서 소자의 크기를 작게 하고 집적도를 높임으로서 성능과 효율을 증가시키는 노력이 계속되듯이 광소자의 경우에도 고효율을 갖는 아주 작은 크기의 발광소자를 만들어서 광 정보처리에 이용하려는 노력이 진행중이다. 특히 마이크론 크기의 공진기와 이득물질간의 광결합 효율이 높으면 레이저 발진 문턱이 낮아진다는 원리를 이용한 마이크로 레이저 연구가 활발하다. 이러한 마이크로 레이저의 연구는 크게 두 가지 방향으로 진행된다. (중략)
본 연구는 고주파 직렬공진 인버어터를 이용한 20[kHz],10[kHz]급 고효율 유도가열장치에 관한 것이다. 치가열체인 부하변동에 대해서는 인버어터의 직류 입력 전압을 가변시키고 인버어터 스윗칭을 공진 주파수를 추종해 동작시킴으로써 무료전력을 최소화 할 수 있는 회로 구성을 제시하였다. 그리고 시뮬레이션과 실험을 통해 유도가열장치의 인버어터 역률이 약0.96으로 양호함을 알 수 있었다.
본 논문은 하나의 제어 IC로 이중출력 각각 독립 제어가 가능한 LLC 공진형 컨버터를 제안한다. 기존의 이중출력 LLC 공진형 컨버터의 경우 master 출력전압만 제어가 가능하므로, slave 출력의 정밀제어를 위해 별도의 DC/DC 컨버터가 필요하며, 이는 시스템의 전력 변환 효율을 떨어뜨리고 제작단가를 증가시키는 단점이 있다. 반면, 제안된 회로는 LLC 공진형 컨버터의 이중출력을 하나의 제어 IC로 주파수 및 시비율 각각 가변하는 방식으로 개별적 제어가 가능하므로 부하 및 입력전압 조건과 무관하게 모든 출력 전압의 제어를 정밀하게 할 수 있는 장점이 있다. 따라서 별도의 DC/DC 컨버터 사용이 불필요하므로 고효율 및 저가격의 특징을 가질 수 있다. 본 논문에서는 제안된 회로의 타당성 검증을 위해 이론적 분석결과를 제시하고 40W급 LED 조명회로에 적용한 실험 결과를 바탕으로 그 우수성을 확인한다.
본 논문에서는 토로이달 트랜스포머를 사용한 공진형 무선전력전송 시스템의 임피던스 매칭법을 제안한다. 공진코일과 병렬 연결된 토로이달 트랜스포머를 사용하여 1, 2차 코일에 의한 전력손실을 줄이면서 이론적으로 얻을 수 있는 최대 전력전송효율 또한 얻을 수 있음을 보였다. 품질계수가 각 각 549와 525인 직사각형 송 수전부 공진코일에 토로이달 트랜스포머 2차 코일을 연결한 후 1차 코일의 턴 수를 변경하여 송 수전부 공진코일 사이의 간격이 40 cm에서 약 90%, 100 cm에서 약 60%의 효율을 얻었다.
유도가열은 석유, 가스 등의 연료를 사용하는 종래의 설비에 비해 에너지 효율이 높고 관리가 수월하며, 공해를 유발하지 않는 등의 많은 장점으로 인해 산업 분야에 다양하게 응용되어 사용하고 있다. 유도가열의 원리는 전자유도작용을 이용하여 와전류에 의한 손실과, 히스테리시스 손실에 의한 주울열이 발생하는데, 이렇게 발생된 열로 가열하는 방법이며 가열 속응성, 고효율, 친환경, 안정성의 장점을 갖는다. 그러나 공진형 유도가열 인버터 시스템은 환경의 변화나 피가열체의 부식 등의 이유로 공진주파수가 변하는 단점이 있다. 따라서 기존의 단점을 극복하기 위해 자동으로 공진점을 추종할 수 있는 알고리즘을 제안하였고, 기존의 복잡한 제어회로나 알고리즘을 극복하여 시스템의 간소화를 실현하였다.
본 논문에서는 휴머노이드 로봇 등에 적용하기 위해, 평판형 급전코일과 집전코일의 접촉 유무에 따라 공진주파수가 변화하는 접촉식 무선충전 시스템을 제안하였다. 다양한 급집전코일에 대해 코일의 형상과 위치별 급집전효율 및 EMF(ElectroMagnetic Field)의 영향을 연구했다. 평판형 집전코일은 어레이 형태로 바닥에 설치되는데, 입력전원에 대해 각각 병렬로 연결되어 있어서 집전코일이 접촉하지 않는 경우에는 공진주파수가 입력전원의 주파수를 크게 벗어나서 자동으로 전원공급이 최소화된다. 집전코일이 급전코일 어레이 위에 위치하는 경우에는, 급전코일의 공진주파수가 입력전원의 주파수와 일치하게 되어 전력이 공급되게 된다. 따라서 집전코일이 덮고 있는 부분만 급전코일 어레이에 전력이 공급되므로, 급집전 효율이 높고 인체에 대한 자기장 노출이 작아져서, 경제적이고 안전한 무선충전 시스템을 구성할 수 있다.
LLC 공진형 컨버터는 영전압 스위칭과 영전류 스위칭이 가능하여 높은 효율로 동작하고 안정적인 전원 공급이 가능하다. 본 논문은 LED 전원 공급 장치로 쓰이고 있는 플라이백 컨버터와 LLC 공진형 하프브리지 컨버터를 비교하여 LLC 공진형 컨버터의 우수성을 입증하고, 그 특성을 분석하였다.
현재 LLC 공진 컨버터는 넓은 주파수 범위에서 ZVS(zero voltage switching) 달성을 통하여 고효율 및 높은 전력 밀도를 얻을 수 있어 널리 사용되는 추세이다. 일반적인 LLC 공진 컨버터는 중부하에서 주파수 제어를 통해 이득을 조절할 수 있다. 하지만 경부하에서는 주파수 작동 범위에 제한으로 이득을 조절하지 못하는 문제점이 있다. 이에 본 논문은 Single-Stage LLC 공진 컨버터를 통해 경부하 조건에서 넓은 출력 범위를 가지는 것을 분석하였으며 시물레이션을 통해 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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