표제지
목차
기호설명 12
요약 13
제I장 서론 15
1-1. 연구 목적과 배경 15
1-2. 무선전력전송의 이론과 전력변환의 이해 19
1-3. PFC 컨버터 24
1-4. 공진형 컨버터(Resonant converter) 28
1-4-1. 직렬 공진형 컨버터(Series resonant converter) 31
1-4-2. 병렬 공진형 컨버터(Parallel resonant converter) 32
1-4-3. 직·병렬 공진형 컨버터(Series-parallel resonant converter) 33
1-4-4. LLC 공진형 컨버터 (LLC resonant converter) 33
1-5. 무선전력전송 배터리 충, 방전기 36
1-5-1. 직·병렬 공진형 컨버터와 부스트 컨버터 구성 36
1-5-2. Single-stage AC-DC inductive charger 37
1-5-3. 자기공명방식을 이용한 무선 충전기 회로 38
1-5-4. 전자유도방식을 이용한 양방향 무선 충·방전기 회로 39
제II장 양방향 무선전력전송을 위한 LLC 공진형 컨버터 41
2-1. 주파수 가변형 LLC 공진형 컨버터의 동작해석 42
2-1-1. LLC 공진형 컨버터 43
2-1-2. LLC 공진형 컨버터의 입·출력 이득 48
2-1-3. LLC 공진형 컨버터의 ZVS 조건 50
2-1-4. LLC 공진형 컨버터의 공진 전류 53
2-2. 주파수 가변형 LLC 공진형 컨버터를 이용한 배터리 충, 방전 55
2-2-1. 충전회로의 제안 및 선정 55
2-2-2. 1단구조의 무선전력전송 변압기의 공진주파수 선정 57
2-2-3. 제안한 1단구조의 무선전력전송 회로도 63
2-3. 실험 회로 설계 65
2-4. 실험결과 및 고찰 69
2-4-1. 실험결과 69
2-4-2. 실험결과에 대한 고찰 73
제III장 양방향 무선전력전송을 위한 HQ_PWM 공진형 컨버터 74
3-1. 1단 구성 HQ_PWM 방식의 동작해석 74
3-2. 근거리장(Near-field)과 비방사(Non-radiative) 전력전송 방식의 해석 90
제IV장 실험결과 및 고찰 100
제V장 결론 124
참고문헌 126
Abstract 132
표 1-1. PFC 컨버터의 Topology 비교 25
표 1-2. PFC 컨버터의 제어방식 비교 25
표 1-3. DC/DC 컨버터의 Topology 비교 26
표 1-4. 공진형 컨버터 파라미터 29
표 2-1. 고정주파수 LLC 공진 컨버터와 DC/DC컨버터로 구성된 회로의 장단점 56
표 2-2. 1단 구성의 가변 주파수 LLC 공진 컨버터의 장단점 56
표 3-1. 무선 전력 전송 시스템 비교 90
그림 1-1. 유도 기전력을 이용한 전력 전달 방식 19
그림 1-2. 교류에 의한 자기 유도 20
그림 1-3. 교류에 의한 자기 유도 21
그림 1-4. 전력 변환 기술의 분류 22
그림 1-5. 일반적인 충전기 구성도 23
그림 1-6. 일반적인 충전기의 개념도 및 전력 흐름도 23
그림 1-7. Resonant forward converter 기본 회로 및 동작파형 29
그림 1-8. 스위치에 따른 공진형 컨버터 회로 및 동작파형 30
그림 1-9. 공진 주파수와 스위칭 주파수 특성 곡선 30
그림 1-10. 직렬 공진형 컨버터의 등가회로 및 이득 특성 곡성 31
그림 1-11. 병렬 공진형 컨버터의 등가회로 및 이득 특성 곡성 32
그림 1-12. 직·병렬 공진형 컨버터의 등가회로 및 이득 특성 곡성 33
그림 1-13. LLC 공진형 컨버터의 등가회로 및 이득 특성 곡성 34
그림 1-14. 변압기 Coupling이 낮을 경우의 입·출력 이득 특성 곡선 35
그림 1-15. 부하 변동에 따른 입·출력 이득 특성 곡선(좌: 일반변압기,... 35
그림 1-16. 직·병렬 공진형 컨버터와 부스트 컨버터 구성 회로도 36
그림 1-17. Single-stage 자기유도 충전기 블럭도 37
그림 1-18. 자기공명방식을 이용한 배터리 충전기 블럭도 39
그림 1-19. 전자유도방식을 이용한 양방향 배터리 충·방전기 블럭도 40
그림 2-1. 2단 구성의 충, 방전기 개념도 42
그림 2-2. 1단 구성의 충, 방전기 개념도 42
그림 2-3. t0~t₁까지의 동작 회로(이미지참조) 45
그림 2-4. t₁~t₂까지의 동작 회로 45
그림 2-5. t₂~t₃까지의 동작 회로 46
그림 2-6. t₃~t₄까지의 동작 회로 47
그림 2-7. LLC 컨버터의 동작 파형 47
그림 2-8. 풀 브리지-풀 브리지 형태의 LLC 공진형 컨버터 48
그림 2-9. LLC 공진형 컨버터의 스위칭 파형 및 데드타임 동안의... 52
그림 2-10. 1차측 공진 전류(풀 브리지-풀 브리지 형태) 54
그림 2-11. 무선전력전송용 트랜스포머의 거리에 따른 결합 계수 변화 57
그림 2-12. 무선전력전송 이득곡선화 58
그림 2-13. 변압기의 모델링 59
그림 2-14. 거리에 따른 게인 그래프(5㎝/10㎝) 61
그림 2-15. 1단 구성의 배터리 충, 방전기 구성도 63
그림 2-16. 무선 전력 전송 송신부 회로도 65
그림 2-17. 무선 전력 전송 수신부 회로도 66
그림 2-18. 나선형 코일 설계 구조 66
그림 2-19. 충전전류 3A, 4A 시 Tx공진캡전압, 입력전류, 충전전류, Rx게이트... 70
그림 2-20. 충전전류 6A, 7A시 Tx공진캡전압, Tx게이트전압, 입력전류,... 70
그림 2-21. 충전전류 7A시 Tx스위치 전압, Tx공진전류,... 71
그림 2-22. 충전전류 6A, 7A시, Tx게이트전압, Tx공진전류, Rx공진전류 71
그림 2-23. 무선통신 모듈의 Mode change 및 지연시간 72
그림 2-24. 부하별 측정 효율 72
그림 2-25. 정방향 Tx공진캡전압, Rx공진캡전압, 입력전류. 73
그림 3-1. 2단구성의 배터리 충·방전시 회로 및 제어 블럭도 75
그림 3-2. 2단구성의 배터리 충·방전시 동작모드(좌:충전시, 우: 방전시) 76
그림 3-3. 무선전력 전송단 주파수 이득 관계도 76
그림 3-4. H-Q_PWM 방식 기본 동작 78
그림 3-5. H-Q_PWM 방식의 등가모델 79
그림 3-6. H-Q_PWM 동작모드 80
그림 3-7. 변압기 등가 모델 81
그림 3-8. 거리에 따른 입력전압과 출력전압 이득 및 위상 83
그림 3-9. 거리에 따른 입력전압과 Tx 공진전류 이득 및 위상 85
그림 3-10. 거리에 따른 입력전압과 Tx 공진캐패시터 전압이득 및 위상 86
그림 3-11. 1차측 block diagram 87
그림 3-12. 2차측 block diagram 87
그림 3-13. 검출 수신측 block diagram 88
그림 3-14. ID 검출 송신측 block diagram 89
그림 3-15. 자기 결합 방식을 이용한 무선 전력 전송 개념도 90
그림 3-16. 자기 공진 결합 방식을 이용한 무선 전력 전송 개념도 91
그림 3-17. 무선 전력 전송 시스템의 HFSS 모델 92
그림 3-18. 코일과 공진기 간격에 따른 전송 효율 비교 93
그림 3-19. Ks=160㎜ 일 때 S-parameter와 전송 효율 94
그림 3-20. 코일 반경이 160㎜일 때의 S-parameter와 전송효율 95
그림 3-21. 파이럴 모양의 공진기를 수신부 공진기로 사용할 때 코일과... 96
그림 3-22. 스파이럴 모양의 공진기를 수신부 공진기로 사용한 무선... 97
그림 3-23. 스파이럴 모양의 공진기와 출력 코일의 거리에 따른 전송 효율 비교 98
그림 3-24. 스파이럴 모양의 공진기를 수신부 공진기로 사용했을 때의... 99
그림 4-1. 전송거리, 부하에 따른 출력전압, Tx상위게이트, Tx공진전류 102
그림 4-2. 전송거리, 부하에 따른 Tx상위스위치전압, Rx공진전류, Tx공진전류,... 103
그림 4-3. 전송거리, 부하에 따른 출력전류, Rx스위치전압, Rx공진전류,... 104
그림 4-4. 전송거리, 부하에 따른 입력전류, Tx상위스위치전압, Tx공진전류,... 105
그림 4-5. X축 align 불일치 시 각 부파형 (Y=16㎝, X=6㎝, k=0.19) 106
그림 4-6. 전송거리에 따른 효율 비교 106
그림 4-7. 일반적인 PFC 리플 전압 (±6V @ 1880uF) 107
그림 4-8. 일반적인 PFC 컨버터의 리플 전압 108
그림 4-9. LC 보상기 적용 실험 결과 109
그림 4-10. Boost type의 LC 전압 보상기 실험 110
그림 4-11. Buck type의 LC 전압 보상기 실험 111
그림 4-12. LLC 전압 보상기 실험 112
그림 4-13. Boost type LLC 전압 보상기 실험 113
그림 4-14. Buck type LLC 전압 보상기 실험 113
그림 4-15. 입력 220VAC/60㎐/1.2㎾ 출력에서의 리플... 115
그림 4-16. 입력 220VAC/60㎐/6.6㎾ 출력에서의 입력 전압,... 115
그림 4-17. 정방향 입력 220VAC/60㎐/1㎾, 2㎾출력에서의 입력전압,... 116
그림 4-18. 정방향 입력 220VAC/60㎐/3㎾, 4㎾출력에서의... 116
그림 4-19. 정방향 입력 220VAC/60㎐/5㎾, 6.6㎾ 출력에서의... 117
그림 4-20. 역방향 입력 220VAC/60㎐/1㎾, 2㎾ 출력에서의 입력전압,... 117
그림 4-21. 역방향 입력 220VAC/60㎐/3㎾, 4㎾ 출력에서의 입력전압, 인덕터... 118
그림 4-22. 역방향 입력 220VAC/60㎐/5㎾, 6.6㎾ 출력에서의... 118
그림 4-23. 단상 계통연계 인버터의 효율 및 역률 119
그림 4-24. 전송거리 30㎝일 때의 각 부 파형(1.2㎾) 120
그림 4-25. 무선전력전송을 위한 송, 수신 공진코일(좌:Circular pad 우:... 121
그림 4-26. 제작된 무선전력전송 장치 122
그림 4-27. 무선전력전송 장치 내부(좌: 송신부, 우: 수신부) 122
그림 4-28. 무선전력전송 장치 부하실험 123