본 논문에서는 압전 변압기와 CCFL 구동회로의 전기적 등가회로에 의한 PSPICE와 모델을 제시하였다. 램프모델은 최소 제곱근을 이용하여 모델의 파라미터들을 유도하였다 이 모델에 대한 확증을 위해 CCFL 구동회로의 단독모델을 가지고 시뮬레이션을 수행한 결과 정확한 모델링이 되었음을 확인하였으며, 압전변압기는 푸시풀 인버터와 부하로써 주로 PSPICE로 모델링한 CCFL을 사용하여 시뮬레이션을 수행한 결과 만족스러운 모델링이 이루어졌음을 알 수 있었다.
Piezoelectric transformers based on lead zirconate titanate(PZT) have been received considerable interest because of their wide potential applications in transformer, oscillator, resonance sensor, actuator, acoustic transducer, as well as active slider for hard disk drives. However, for the applications which need a small power supply such as thin and flat displays, micro-robot, micro-system, it is especially necessary to integrate the passive components because they typically need more than 2/3 of the space of the conventional circuit. So, we have fabricated the piezoelectric micro-transformer to supply energy for micro-systems using PZT thin films and MEMS technologies.
현재 LCD(Liquid Crystal Display)용 광원으로서 주로 냉음극 방전램프(CCFL : Cold Cathode Fluorescent Lamp)가 사용되고 있으며, 그 외 LED를 비롯해서 외부전극 방전램프(EEFL: External Electrode Fluorescent Lamp), 면광원(FFL : Flat Fluorescent Lamp), 전계 방출램프(FEL : Field Emission Lamp)등 다른 광원에 대한 적용도 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 멀티램프 구동이 유리하여 인버터 개수를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있는 EEFL을 사용하였으며, 변압기의 자체 손실을 줄이고 소형화가 가능하며, 높은 승압 비를 갖는 압전 변압기를 병렬로 연결하여 멀티램프 구동이 가능하도록 하였다. 최적의 EEFL 구동회로를 구성하기 위해서 Push-Pull 타입의 압전 인버터를 설계하였으며, 설계된 인버터 회로에 대한 시뮬레이션 분석을 수행하고, 향후 여러 형태의 구동 방법을 적용하므로 서 압전 변압기로도 대화면 멀티 램프 구동용 인버터의 제작이 가능함을 제시하였다.
휴대용 전자장비에 대한 수요증가와 합께 전자제품의 소형화, 박형화에 대한 요구가 점점 증대되고 있는데 전원 공급부가 대부분의 휴대용 전자장비에 있어서 가장 큰 부피를 차지하고 있다. 이러한 문제점올 해결하기 위한 방법으로 기존 마그네틱 권선 변압기를 압전 변압기로 대체하는 것을 고려할 수 있다. 그러나 ZVS 조건을 만족하기 위해서 입력 매칭 회로를 추가적으로 병렬 혹은 직렬로 인덕터를 추가적으로 사용해야 된다. 따라서 본 논문에서는 입력 매칭 회로의 인덕터 사이즈 팩터의 최적화에 대한 모델링을 분석 하고, 최적의 매칭 회로의 설계를 위한 가이드라인을 제시하였다.
이온화된 기체인 플라즈마의 의료분야에서 적용은 현재 주로 살균분야에 국한되어 적용되고 있지만 바이오플라즈마기술의 등장으로 그 응용범위가 확대되고 있는 실정이다. 또한, 인체에 직접 조사하거나 비열처리하는 경우에는 정교한 시술을 위해 핸드헬드가 가능한 고밀도 소형화가 요구된다. 변압기로 인한 전자기파 영향이 없고 소형으로 구현이 가능한 형태의 로젠형 압전변압기는 압전효과를 이용한 전기-기계 커플링을 통해 전압변환을 달성하며 상대적으로 에너지밀도를 높일 수 있는 장점으로 휴대용 플라즈마 발생장치에 이용되고 있다. 본 논문에서는 로젠형 압전변압기의 등가회로를 이용한 모델링을 수행하고, 의료용으로 적용가능한 형태의 플라즈마 발생장치를 설계 및 제작하였다. 이를 위해 플라즈마 발생 모듈은 12V 입력전원으로 5.8kV의 출력전압을 발생시키도록 하프브리지 커버터 토폴로지 전력변환장치를 적용하여 고전압 동작하도록 설계하였다. 설계를 통해 제작된 프로토타입을 통해 의료용합형 플라즈마 기기로의 활용가능성에 대해 확인하였고, 이러한 연구결과를 통해 플라즈마 제트 또는 직접조사용 등의 다양한 의료기기로서의 역할을 확보할 것으로 사료된다.
본 논문은 압전 세라믹 변압기(PT)의 특징과 회로 설계를 제시하였다. 그리고 회로 요소로써 사용하는 PT는 인버터 설계의 일반적인 접근법을 보여주기 위한 것이다. 또한 압전기 영향의 기술(記述)은 다수의 연구에서 복잡한 방정식과 공식도 쉽게 찾을 수 있다. 특히 압전기 세라믹 EMT가 변화하지 않으며 PT기초 전기소자의 여러 가지 예는 더욱 효과적인 PT의 강점을 이용하는데 도움이 될 것이다.
The analysis of nonlinear equivalent circuit and the resonance characteristics of input current and output voltage were simulated, and their electrical properties are discussed in the transverse-type piezoelectric ceramic transformer. The nonlinear resonance characteristics of input current and output voltage showed by the thermal effect due to a higher driving current, the nonlinearity increased greatly as driving current increased. When load resistor was 100[M.ohm.], the nonlinear coefficient was -1.3. The nonlinear resonance curve of input current and output voltage for a variation of input voltage and load resistor agreed with the discussed theory. The output voltage increased nearly proportioned to input voltage when load resistors were below 50[M.ohm.], the voltage step-up ratio decreased when a load resistor was 100[M.ohm.] and their maximum value was 950.
액정 디스플레이의 백라이트에 사용되는 냉음극 방전램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp) 구동 인버터의 설계함에 있어 압전 변압기(Piezoelectric Transformer)를 사용하였으며, 파라미터 선정 및 최적화를 하여 실험을 통해 검증하였다. 적용한 압전 인버터로는 푸시-풀(Push-pull)과 하프-브리지(Half-bridge) 회로이며, 휘도 제어기법으로는 아날로그(Analog)와 버스트(Burst) 방법을 사용하였다. 푸시-풀 인버터의 경우 아날로그 제어방식으로 제어전압 2.5-4.5V에서 출력전류 1-6mA(최소)로 휘도 0-100$\%$ 특성을 보였다. 입출력 효율로 18.6(최소)-90.3(최대)$\%$를 얻었으며, 버스트 제어방식에서는 듀티비 50-5$\%$에서 1-6mA의 제어 성능을 보였다. 인버터의 입출력 효율은 13.6(최소)-82.1(최대)$\%$를 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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