본 논문에서는 영전류 모드로 진입한 zero voltage transition(ZVT) interleaved bi-direction low voltage DC-DC converter(IB-LDC)의 도통 손실을 최소화하기 위한 위상 제어가 제안된다. IB-LDC의 출력단 배터리가 완충되어 영전류 모드로 진입하면 IB-LDC의 입 출력 평균 전류는 0[A]로 감소하지만 보조 회로 전류는 기존의 설계 값에 의해 감소하지 않아 지속적인 도통 손실을 일으킨다. 따라서 본 논문에서는 영전류 모드로 진입한 IB-LDC의 보조 회로에 ZVT 조건을 만족시키는 공진 전류만 흐르도록 하여 도통 손실을 최소화하는 위상 제어를 제안하였다. 또한 PSIM simulation 및 실험을 통해 증명하였다.
본 논문에서는 새로운 개념인 능동 고조파 결합을 이용한 4위상 전압제어 발진기를 설계, 제작하였다. 4위상 출력 특성을 얻기 위하여 각각의 차동 VCO의 가상 접지(Virtual Ground)면을 본 논문에 제시된 능동 고조파 결합 회로(Active super harmonic coupling)을 이용하여 결합시키는 방법을 적용하였다. 제안된 구조는 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 결합구조를 갖는 트랜지스터에 부가적인 전류소비를 줄일 수 있으며, layout상에서 문제되었던 대칭구조를 개선할 수 있다. 또한 기존에 발표되었던 방법인 passive transformer를 이용한 고조파 결합 보다 회로 크기를 줄일 수 있다. 측정결과 출력 전력 -12dBm, -117dBc/Hz @1-MHz 이하의 위상잡음 특성, 2.66GHz${\sim}$2.91GHz의 250 MHz 주파수 가변, 25dB이하의 2차고조파 억압, 7 mA 의 전류 소모(buffer amp. 포함되지 않음)를 가졌다.
본 논문은 단상 전원 시스템에서 입력전원의 위상각 추정에 2차 일반화 적분기(Second-Order Generalized Integrator - SOGI)를 기반으로 하는 적응 필터구조를 적용한다. SOGI 출력은 전원 위상각과 관련되고, 올바른 출력을 위해서는 중심 주파수 ${\omega}^{\prime}$이 전원 주파수를 빠르게 추정할 수 있도록 FLL(Frequency Locked Loop)제어가 필요하다. SOGI-FLL의 기존의 방법과는 다르게 비선형 특성이 강한 주파수 동기화 동특성 모델에 퍼지제어를 적용함으로써 복잡한 선형화 과정이 필요하지 않으며, 실시간 이득 조절로 빠르게 전원 주파수 추정을 할 수 있는데 이는 최종적으로 빠른 전원 위상각 추정을 의미한다. 제안된 방법에 대해서 시뮬레이션을 통하여 그 타당성을 검증한다.
태양광발전과 풍력발전으로 대표되는 분산형 전원이 계통에 연계됨에 따라 계통 사고 발생 시에 계통연계형 인버터에 대한 각국의 계통 규정(Grid code)이 더욱 엄격해 지고 있다. 최근 국외 계통 규정에서는 저 전압 사고뿐만 아니라 영 전압 사고 시에 인버터가 일정 시간 계통 연계를 유지하며 무효전류 출력 기법을 통해 계통 복구를 지원할 것을 요구하고 있다. 계통 사고 시, 사고 전압 잔존량에 따라 무효전류를 정확하게 출력하기 위해 인버터의 PLL(Phase Locked Loop) 제어는 중요하다. 그러나 이러한 PLL 제어의 동적 특성은 계통 사고 순간의 전압 강하 및 사고 위상에 따라 영향을 받게 되고 영 전압 사고에서는 위상 추종이 불가능하기 때문에 복합적인 문제가 나타난다. 본 논문에서는 영 전압 사고에서 사고 위상에 따라 각각 다르게 나타나는 PLL 동적 특성을 시뮬레이션을 통해 분석하였다.
본 논문에서는, 위상-천이 제어 기반의 액티브 정류기 구조를 갖는 새로운 고효율 풀-브릿지 컨버터를 제안한다. 기존의 위상-천이 풀-브릿지 컨버터는 풀-브릿지 구조로 인한 스위치의 작은 도통손실과, 영전압 스위칭 등의 특징으로 인해 높은 용량에서 널리 쓰이는 토폴로지이다. 하지만, 위상-천이 풀-브릿지 컨버터는 넓은 입력전압 범위에서 설계되면 1차측에 큰 환류 전류가 생겨 도통손실이 증가하는 문제점을 갖는다. 따라서 이를 해결하기 위해, 제안하는 회로는 액티브 정류기를 사용하여 1차측 스위치들이 항상 최대 시비율로 동작할 수 있게 한다. 이로 인하여 순환 전류가 사라져 넓은 입력전압 범위에서도 높은 효율을 달성 할 수 있다. 뿐만 아니라, 제안하는 정류기의 구조 상 특징으로 인해 액티브 정류기의 스위치는 전압 링잉을 갖지 않고 출력 전압으로 고정되어 낮은 전압 스트레스를 갖는다. 제안하는 회로의 효용성을 증명하기 위해, 250-400V 입력, 56V/12.8A 출력에서 실험이 진행되었다.
본 논문에서는 샘플링 위상검파를 이용하여 고안정 마이크로파발진기를 설계하고 3체배시켜 30㎓대의 발진기를 설계하였다. 설계된 발진기는 병렬귀환 유전체공진과, 바랙터 다이오드를 이용하여 전압제어하므로써 자유발진 신호를 안정화 시켰다. 발진기의 저위상/고안정 특성을 위하여 마이크로파 샘플링 위상 검파회로를 이용하여 출력 주파수를 저위상/고안정 특성을 가지게 하였다. 병렬귀환 유전체공진발진기에 의한 마이크로파 샘플링 위상동기발진기는 발진주파수 9.733㎓에서 10.17㏈m의 출력값을 보였으며 3체배된 29.2㎓ 발진기의 위상잡음은 -95㏈c/Hz @10KHz와 -105㏈c/Hz @100KHz의 우수한 특성을 나타내었다.
본 논문에서는 출력 인덕터 전류의 리플을 저감할 수 있는 새로운 방식의 위상천이 풀 브리지 컨버터를 제안한다. 제안된 회로는 2개의 풀 브리지 인버터가 연결된 구조로 되어 있으며 하나의 풀 브리지 인버터가 고정 위상($0^{\circ}$)으로 동작할 때, 다른 풀 브리지 인버터의 위상을 조절하여 출력 전압을 제어하는 방식이다. 정상 동작 시, 제안회로는 기존 위상천이 풀 브리지 컨버터에 비해 출력 인덕터 전류 리플이 매우 작고, 2차 측 정류기의 공진 전압도 작아져 출력 LC 필터의 소형화 및 고효율화가 가능하여 대전류 사양에 매우 적합한 장점을 갖는다. 본 논문에서는 제안된 회로의 이론적인 특성을 분석하고, 450W 전원장치를 시작품으로 제작하여 그 우수성을 확인하였다.
본 논문에서는 크로스오버 접합에서 출력 위상을 고려한 회로해석 및 설계 방법을 제시한다. 먼저 even-odd 분석을 통해 임의의 위상을 가지는 크로스오버 접합이 만족시켜야 할 반사계수 및 임피던스 파라미터에 대한 일반해를 해석적으로 유도하였다. 또한 주어진 일반해를 실제적인 크로스오버 접합회로 구조에 적용하여 임의의 츨력 위상값을 가지는 크로스오버 접합의 정확한 설계 공식을 도출하였으며 그 결과가 기존의 연구에서 제시된 결과와 부합함을 확인하였다. 이를 이용하여 설계된 회로가 설계목표와 일치하는 정확한 출력 위상을 가지는 크로스오버 접합으로서의 성능을 만족하는 것을 입증하였다.
EFPI (extrinsic Fabry-Perot interferometer) 센서를 이용해 복합재료의 파손 신호를 취득하기 위해서는 파손 신호에 비해 상대적으로 낮은 주파수의 열적, 기계적 준정적 변형에 의해 발생하는 위상 변화를 보상해 주는 기술이 필요하다. 또한 센서의 민감도를 최적화하기 위해 출력 신호의 위상을 쿼드러쳐 (quadrature) 지점에 유지시켜야 한다. 본 논문에서는 EFPI 센서 시스템의 출력 신호 위상을 일정하게 유지시킬 수 있는 안정화 제어 시스템을 개발하였다. 안정화 제어 시스템은 광대역 파장 레이저 광원, 가변 F-P (Fabry-Perot) 필터 그리고 필터를 제어할 수 있는 전자 회로 시스템으로 구성하였다. 개발된 시스템의 위상 제어 성능을 평가하기 위해 복합재료 시편의 인장 실험을 수행하여 인장 변형에 의해 발생하는 위상 변화를 개발된 시스템을 이용해 쿼드러쳐 지점에 일정하게 유지할 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 RC 시정수 회로를 포함하는 비교기를 이용해 보조 전하펌프를 제어하여 루프 필터 출력 전압 변동 폭을 최소화 하는 위상고정루프(PLL)를 제안하였다. 루프 필터의 출력 전압변화는 작은 시정수 값을 가지는 RC와 큰 시정수 값을 가지는 RC를 통해 비교기의 입력으로 각각 전달된다. 작은 시정수를 가지는 RC는 루프 필터의 신호의 변화를 빠르게 전달하는 반면 큰 시정수를 가지는 RC는 루프 필터의 신호를 매우 느리게 전달하여 일정한 크기의 전압과 같이 동작한다. 비교기의 출력 신호는 보조 전하펌프를 제어하고, 이는 전압제어발진기(VCO)의 입력 전압 변동 폭을 줄여준다. 그러므로 제안한 위상고정루프는 위상 잡음이 많이 제거된 신호를 생성한다. 제안된 위상고정 루프는 1.8V의 공급전압에서 0.18um CMOS 공정의 파라미터를 이용하여 Hspice로 시뮬레이션을 수행하고, 동작을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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