본 논문에서는 고전력, 고주파 응용에 적합한 저 도통손실 특성을 갖는 향상된 양전압 부분 직렬 공진행 DC/DC 컨버터를 제안한다. 제안된 컨버터는 많은 범위에서 주 스위치의 영전압 스위칭을 보장히며 주 스위치의 전류 스트레스 감소에 의해 저도통 손실 특성올 이룬다. 또한 제안된 컨버터의 보조회로는 주 전력 흐름과 분리되어 있어 주 회로의 공진 시간동안 유효 듀티비 감소는 발생하지 않는다. 보조 회로는 인덕터, 커피시터, 다이오드 그리고 과포화 리엑터의 수동 소자들만으로 구성 되어있다. 따라서 향상된 ZVS PSRC는 전체 시스템의 효율과 전류 스트레스 감소면 에서 개선된 특성을 지닌다. 제안한 컨버터의 동작 원리를 자세히 설명하고 그 타당성올 시뮬레이션과 실험을 통하여 검증하고자 한다.
0.35m CMOS공정을 이용하여 MOSFET의 RF특성을 평가하였다. 채널길이(L-0.25~0.8m)와 채널폭(W=50~600m) 및 바이어스 전압의 변화에 따른 RF특성을 분석하였으며, 차단주파수$f_T$는 최대 22GHz, 최대공진주파수($f_{max}$)는 최대 28GHz의 값을 얻었다. 채널폭의 변화에 대해서 차단주파수는 영향을 받지 않았으며, 최대공진주파수는 감소하는 경향을 보였고, 채널길이 증가에 대해서는 차단주파수 및 최대공진주파수 모두 감소하는 경향을 나타내었다. 최소잡음지수는 채널폭이 증가할수록 감소하고 채널길이가 증가할수록 증가하는 경향을 얻었는데, 2GHz에서 최소 0.45dB의 값을 얻었다. 평가결과로부터 0.35m CMOS공정이 2GHz대역의 상업용 RFIC 구현에 충분한 RF특성을 보유하고 있음을 확인할 수 있었으며, 바이어스 및 채널폭과 길이변화에 대한 CMOS 트랜지스터의 RF 특성분석을 통하여 RF 회로설계에 대한 지침을 제시하였다.
감쇠란 주기적인 변형하에 에너지를 소산시킬 수 있는 시스템이나 재료의성질을 말하며, 이로서 공진에서 진폭을 감소시키며 아울러 전달하는 파의 빠른 감소를 유발한다. 이것은 진동을 일으키는 응력을 감소시키게 되는데 결국은 피고 수명을 연장시키는 결과를 가져오게 된다. 본 연구에서는 적층된 복합재료의 내부감쇠와 복소탄성 계수를 실험적으로 측정하였다. 실험은 충격 기법을 사용하였으며 비교적 간단한 모델러서 외팔보의 휨진동을 측정하였다. 복소 탄성계수는 공진법을 이용하여 공진주파수를 측정 storage modulus를 계산하고 이를 통해 loss modulus를 구한 다음 계산하였고, 내부감쇠는 bandwidth technique과 전달함수의 실부부분 이용방법에 의해 각각 구하였다.
원심압축기 운전 중에 발생하는 고주기 피로균열이나 공진 등은 임펠러 파손의 주된 원인이다. 이러한 파손을 회피하기 위해 공진영역 운전에서도 견딜 수 있는 충분한 강도의 임펠러를 설계하거나, 공진이 발생하지 않도록 임펠러를 튜닝 한다. 이러한 회피설계는 임펠러 내부유동 및 성능특성 변화를 야기하게 된다. 본 연구에서는 밀폐형 임펠러에 대해 블레이드 두께를 증가시킨 모델과 스켈럽을 적용한 모델에 대한 유동 및 성능특성을 파악하기 위해 전산해석을 수행하였다. 전산해석 결과, 블레이드 두께 증가 모델 경우는 기본모델 대비 압력계수가 0.5% 감소하였으며, 전효율은 0.1% 감소하였다. 스켈럽 적용모델은 압력계수가 0.4% 증가하였으며, 전효율은 1.6% 감소하였다.
비접촉 온도측정 시스템을 구현하기 위하여 감온페라이트를 이용하여 제작한 인던턴스소자와 캐피시터를 접속하여 LC공진형 센서를 구성하고, 비접촉 온도계측성능에 대하여 조사하였고, 송수신기 사이의 거리에 대한 측정감도에 대하여 검토하였다. 감온 페라이트가 가지는 투자율의 온도의존성에 의해서 제작한 센서의 인덕턴스와 공진주파수가 변화함을 알 수 있었고, 공진주파수의 변화를 비접촉으로 검출함으로써 비접촉으로 온도를 검출할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 비접촉 측정 감도는 송 $.$수신기 사이 거리의 6승에 비례하는 감소하는 것을 알 수 있었다.
본 논문에서는 마이크로스트립 공진기에 엇갈린 슬롯과 한 쌍의 spur-line을 삽입한 소형 이중모드(dual-mode)여파기를 제안하였다. 제안한 여파기는 급전선과 공진기 사이에 존재하는 급전 갭(coupling gap)을 없앰으로써 삽입손실의 특성이 향상되었다. 엇갈린 슬롯만 가진 기존의 이중모드 여파기와 비교할 때, 엇갈린 슬롯과 spur-line을 동시에 갖는 이중모드 여파기는 이중모드 특성을 나타내는 섭동의 범위가 상당히 넓기 때문에 이중 모드 여파기의 설계가 용이해졌다. 또한, 제안된 구조의 가장자리에 존재하는 spur-line에 2개의 PIN다이오드를 삽입하여 개폐기 특성을 갖는 여파기로의 응용도 가능하였다. 또한 제안한 구조는 공진기에 삽입된 슬롯과 spur-line에 의해 전기적인 길이가 길어지므로 기존의 구조에 비해 34.7 %의 크기 감소 효과를 얻을 수 있었다.
리니어 모터는 일반적으로 회전하는 모터와 같이 여러 형상의 극간에서 발생되는 힘의 균형에 의해서 구동되는 것이 일반적이다. 특히 하나의 극간에서 미소 구동하는 리니어 모터는 구동력과 실제 이동하는 위치 사이에서 댐핑이나 무게와 함 사이에서 발생하는 가속력의 차이에 의해서 주어진 힘의 파형과 움직이는 위치의 괴적이 만들어가는 이동자의 위치 사이에는 다소 시간 처짐이 발생하게 된다. 본 논문에서는 구동력과 실제 이동하는 위치 사이의 시간 처짐의 원인으로 알려져 있는 딤핑의 조건을 변화시키고 이에 다른 구동력의 변화를 알아보았다. 댐핑이 전형 없는 조건과 댐핑이 조금씩 증가함으로 인해서 주어진 시스템의 기계적 공진 영역에서 발생하는 여러 가지 구동특성을 정량적으로 평가해 보았다. 60[Hz]가 공진인 이동자와 탄성체로 이루어진 시스템에서 58-62[Hz]에서 구동될 경우 힘의 주파수와 가해진 힘에 다라 이동자의 초기 거동을 알아보았으며 초기 0.3초 구간에서 구동되는 특성을 알아보았다. 전체적으로 이동자의 구동 괴적과 주어진 힘의 파형 사이에서 발생하는 시간 처짐은 댐핑계수에 가장 지배적인 영향을 받았으며 구동 힘의 주파수가 공진주파수보다 작으면 점점 증가하고 크면 점점 감소하는 경향을 가지며 공진주파수의 구동력이 가해진다면 시간 처짐은 거의 변화가 없음을 알 수 있었다.
고주파 유도 가열 시스템에서 철과 같은 물체를 가열하게 되면, 가열된 금속이 큐리점 부근에서 전기적인 임피던스가 급격하게 변화하는 특징을 가지는 시변 시스템이 된다. 또한 부하 임피던스가 변화함에 따라 시스템의 부하 공진 주파수가 달라지므로 해서 시스템의 효율이 감소하는 문제점이 있었다. 그리고, 피가열 물체의 용융이나 삽입 상태에 따른 시스템의 단락 현상으로 인해 시스템이 파괴되는 문제점이 있었다. 본 논문에서는 이런 문제점을 해결하기 위한 방법으로 PLL에 의한 부하 공진 주파수를 추종하면서 스위칭 손실을 줄이고, 시변 부하에 대한 유도 가열시 큐리점 부근의 급격한 부하 임피던스 변화에도 안정된 정전력 제어가 가능할 뿐 아니라 대전력용에 적합하고, 단락현상으로부터 시스템을 보호하는 병렬 공진형 인버터 시스템에 적용되는 퍼지논리 제어기를 설계하였다.
기술이 발전함에 따라 전력변환기의 소형화 고효율화가 요구되어지고, 이를 위해 고주파 스위칭 전력변환기가 필요로 하게 된다. 하지만 스위칭 주파수와 비례적으로 스위칭 손실이 증가하기 때문에 시스템의 효율이 감소한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 DCM방식이나 공진을 이용한 ZVZCS(Zero-Voltage Zero-Currrent) 컨버터가 제안되고 있으나 소자의 정격용량이 커지는 단점을 갖는다. 또한 ZVT(Zero-Voltage Transition)를 포함한 소프트 스위칭 기법을 적용하는 다양한 컨버터가 제안되고 있으나 공진전류의 첨두에서 보조스위치가 스위칭을 하게 되어 보조스위치 스위칭 손실이 큰 단점이 있다. 본 논문에서는 변압기로 공진인덕터의 전압을 제한시켜 보조 스위치가 영전압/영전류 스위칭을 하게 함으로서 스위칭 손실을 발생시키지 않는 소프트 스위칭 구조를 제안한다.
본 논문에서는 위상잡음 특성을 개선하기 위하여 spiral 공진기를 이용한 전압제어 발진기를 제안하였다. Spiral 공진기는 작은 면적, 저지대역에서 날카로운 스커트 특성과 낮은 삽입손실, 큰 결합 계수 값을 가지고 있고, 이로 인해 높은 Q 값을 가지며 전압 제어 발진기의 위상 잡음을 감소시킨다. 공진기의 Q 값이 높아짐에 따라 좁아지는 주파수 조절 범위를 높이기 위하여 버랙터 다이오드를 조절 가능한 부성저항에 연결하였다. 전압 제어발진기는 $5.686{\sim}5.841GHz$에서 발진이 일어났고, 출력은 11.83 dBm, 하모닉 특성은 -29.83 dBc, 위상 잡음 특성은 100 KHz offset에서 $-115.16{\sim}115.17dBc/Hz$이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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