본 논문은 철도 차량용 보조전원 장치의 부피 저감을 위하여 펄스 폭 제어가 포함된 공진형 LLC 컨버터를 제안한다. 철도 차량용 보조전원 장치는 가선에 연결되어 객차의 각종 전원을 공급하는 장치로써 객실 내의 전원과 절연이 필수적이다. 따라서 고효율의 절연형 DC/DC 컨버터인 LLC 컨버터가 적용되어 있으나, 가선의 큰 입력전압 변동에 대응하기 위해 스위칭 주파수의 변조 폭이 넓어질 뿐 아니라 제어 난도가 증가하는 단점을 가진다. 이러한 LLC 컨버터의 단점을 보완하기 위해 Boost+LLC 또는 Buck+LLC 컨버터의 두 단계의 전력변환을 통해 Boost 또는 Buck 컨버터가 LLC 컨버터의 입력전압을 제어하며, LLC 컨버터는 항상 공진 주파수에서 동작하도록 제어하는 시스템이 주로 사용된다. 본 논문은 3레벨 LLC 컨버터에 펄스 폭 변조를 적용하여 입력전압 제어를 달성하며, 이를 통해 기존의 시스템보다 부피 저감을 달성하는 방안을 제안한다. 제안된 방법은 전력변환 모의해석 프로그램인 PSIM 및 Matlab을 통해 검증되었다.
인버터의 출력파형에 포함되는 고조파를 저감하기 위하여 소프트웨어에 의하여 W형태와 M형태의 펄스 폭변조 신호로 구동되는 3상 5레벨 PWM인버터를 구현하였고, 인버터의 출력전압의 종합 고조파 왜율은 비교 분석하였다. 제안한 M형 펄스 폭 변조 제어에 의하면 PWM 인버터의 종합 고조파가 크게 낮출 수 있어 인버터 응용 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. W형 및 M형의 펄스 폭 변조제어 3상 5레벨 PWM 인버터를 구현하여 인버터 출력전압의 종합 고조파 왜율을 5〔%〕이하로 유지됨을 입증하였다.
본 논문은 2레벨 및 3레벨 형태의 펄스폭변조 기법을 해석한 후 이런 두 형태의 펄스폭변조인버터에 대한 제어기로서 사용될 수 있는 다중 프로세서를 설계하였다. 설계된 다중 프로세서 방식은 Supervisory 프로세서가 공용메모리를 통해서 Local 프로세서와 상호 연결되어 있는 계층적인 구성을 도입함으로써 정교한 디지탈제어특성을 보였다. 이런 다중 프로세서 구성을 실현함으로써 시스템의 소프트웨어를 변경시 큰 자유도를 얻을 수 있었고 단일 프로세서구성때보다 소프트웨어를 더욱 간단하게 할 수 있었다.
본 논문은 비선형 제어 시스템을 효과적으로 모사하는 TS(Takaki-Sugeno: TS) 퍼지 시스템의 펄스폭 변조 (Pulse-Width Modulated: PWM) 제환 제어기 설계 기법을 논의한다. 효율적이며 신뢰할만한 퍼지 PWM 제어기를 설계하기 위하여 전역적 지능형 디지털 재설계 기법(global intelligent digital redesign)을 이용한다. 우선 잘 설계된 아날로그 퍼지 제어기를 설계한 후 전역적 지능형 디지털 재설계 기법을 이용하여 디지털 퍼지 제어기를 설계한다. 유사한 전역적 상태정합 개념을 이용하여 재설계된 디지털 퍼지 제어기론 퍼지 PWM 제어기로 변환한다. 또한 재설계된 퍼지 PWM 제어기의 안정화 가능성을 조사한다.
본 논문에서는 다중 반송파 정현 펄스폭 변조방식으로 제어되는 Cascaded H-bridge 멀티레벨 PWM 인버터의 스위칭 손실 저감을 위한 스위칭 패턴을 제안한다. 부하 담당 전력이 상대적으로 큰 H-bridge 모듈의 스위치는 저주파의 기본 출력 전압 레벨을 형성하도록 동작시키며, 부하 담당 전력이 상대적으로 작은 H-bridge 모듈의 스위치는 고주파의 PWM 파형을 기본파에 가감하여 출력전압 파형이 사인파에 가까워지도록 스위칭 패턴을 형성한다. 본 논문에서는 제안된 스위칭 패턴을 PD, APOD 방식의 다중 반송파 정현 펄스폭 변조방식으로 구현하여 Cascaded H-bridge 멀티레벨 PWM 인버터에 적용시키고 실험을 통해 기존의 스위칭 패턴에 비해 스위칭 손실이 개선됨을 증명한다.
본 논문에서는 광량 변화에 따른 저전력 작은 면적을 가지는 포토플래시 용 펄스폭 변조기를 제안한다. 광량 제어 회로는 정전용량, 포토다이오드, 그리고 비교기로 꾸밀 수 있다. 제안된 펄스폭 변조기는 대기 전력 소모를 줄이기 위해서 비교기를 제외한 모든 부분을 디지털회로로 설계하였다. 그리고 IGBT 드라이버는 지연 소자를 사용하여 단락 방지 회로를 추가하였다. 제안된 펄스폭 변조기는 $0.5V{\sim}2.5V$의 변조 신호 전압의 범위와 300Hz 동작 속도에서 $0.14ms{\sim}1.65ms$의 펄스폭 변조 범위를 가진다. 제안된 펄스폭 변조기는 $0.35{\mu}m$ CMOS 공정으로 제작되었으며, $0.85mm{\times}0.56mm$의 면적을 가진다. 제안된 회로는 300Hz 그리고 3.0V에서 3.0mW의 전력을 소모한다.
압전 변압기(PT)는 전자제품의 전원 공급 장치에서 마그네틱 변압기의 대안으로서 소형화와 높은 절연 내압의 특성 등을 가지고 있다. 이는 시스템의 소형화와 절연 특성을 크게 높일수있는 장점을 지니고있다. 본 논문에서는 고정주파수 펄스폭 변조 압전 변압기의 구동을 위해, AM modulation을 이용한, 한 점에서의 센싱을 통한 위상제어와 펄스폭 변조 제어를 제안하였다. 이를 위해 EDF 소신호 분석을 하였고, 루프를 설계하여 검증하여 보았다.
공간벡터 펄스폭변조법과 관련하여 과변조시의 전류제어성능을 향상시킬 수 있는 벡터 과변조의 새로운 연산 알고리즘으로 유효전압벡터를 반지름으로 하는 원을 이용하여 수정된 기준전압벡터가 위치할 섹터를 구하고, 전압제한 6각형을 나타내는 전압벡터식을 이용하여 동일한 수식으로 벡터과변조하는 간결한 새로운 알고리즘을 제시하고, 이를 전류제어 시뮬레이션에 적용하였다.
기존의 고출력 LED의 디밍(Dimming) 제어 방법에는 펄스폭변조, 주파수변조, 아날로그 제어 방법이 있으며, 아날로그 디밍은 순방향 고출력 LED 전류를 조정하는 방법으로 0%~100%의 전 범위에서 선형 밝기 조절이 가능하나 순방향 전류를 변화시킴으로써 파장의 변화가 존재하고, 펄스폭변조 디밍 제어는 고출력 LED에 흐르는 정격 전류의 듀티를 가변하여 조도를 제어하는 방식으로 저 레벨(0%~10%)에서 선형 밝기 조정이 어렵다. 그리고 주파수변조 디밍 또한 저 레벨의 디밍에서 빛이 깜박거리는 문제를 내포하고 있다. 본 논문은 이러한 디밍 방식의 단점을 보완하고자 저 레벨 디밍 제어 시 아날로그 방식을 적용하고, 10%~100%의 디밍 제어 시에 펄스폭변조 방식을 적용하는 효율적인 디밍 제어 회로의 설계 및 구현을 제안한다. 전 범위에 걸쳐 선형 밝기 조절이 가능하고, 다양한 디밍 레벨에서 일정한 파장의 출력이 가능한 디밍 제어 회로를 구현하였으며, 실험 결과는 제안한 방법의 우수성을 보여주고 있다.
고체추진기관은 구조가 비교적 간단하고 장기적 저장성이 우수한 반면에 일반적으로 추력의 조절등에 한계성을 가지고 있다. 본 논문에서는 구현의 용이함과 에너지 효율성이 좋은 on-off 제어기법을 이용한 가변추력 고체추진 기관의 압력 제어를 위한 제어기를 소개한다. 연소기 내 압력제어를위해 질량보존만을 고려한 추진기관의 연소기 내 압력변화 모델에 대하여 고전적인 비례-적분 제어기와 같은 연속적 제어 기법과 PWM, PWPFM과 같은 on-off 제어기를 설계하고 시뮬레이션을 통해 결과를 비교한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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