기존의 위상천이 풀 브리지 DC/DC 컨버터의 경우 변압기의 누설 인덕턴스와 2차 측 정류 다이오드의 기생 출력 커패시턴스 사이의 공진으로 인하여 정류 다이오드 양단에 큰 공진 전압이 발생하며, 이는 소자의 신뢰성 저하 및 시스템의 전력 변환 효율을 감소시킨다. 반면 LLC 공진형 컨버터는 2차 측에서 발생되는 공진 에너지가 출력 커패시터로 흡수되지만 경 부하시에 높은 스위칭 주파수로 인하여 효율이 저감되며, 출력 전압을 제어하기 위해 추가적인 부하저항이 요구된다. 따라서 최근에는 LLC 공진형 컨버터로 동작시키면서도 PWM 제어를 통해 출력전압을 제어하는 방법이 연구되고 있으나, 새로운 게이트 구동 방식을 위해 DSP 제어를 사용하고 있다. 따라서 본 논문에서는 산업에서 많이 사용되고 있는 아날로그 IC를 통해 동일한 동작 및 성능을 구현시킬 수 있는 방법에 대하여 제안한다. 본 논문에서는 제안된 방식의 타당성을 검증하기 위하여 이론적으로 분석하며, 6.6kW급 시작품을 제작하여 제안방식의 타당성을 검증하였다.
본 논문에서는 비례 공진 제어기와 반복 제어기를 결합한 단상 하프 브리지 인버터의 전압 제어에 대해 연구하였다. 연구결과 고조파 발생 시 전체적으로 시스템에 문제를 야기하는 것을 확인하였으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 기본파 성분을 제어하던 기존의 비례 공진 제어기에 반복 제어기 알고리즘을 결합하였다. 그 결과 추가적으로 인버터 데드타임에 의해 발생하는 고조파를 보상하였다. 그에 따른 성능은 시뮬레이션을 통하여 비례 공진 제어기만을 사용했을 때와 비교, 분석 및 검증하여 THD가 7.91[%]에서 4.62[%]로 약 3.29[%] 감소하는 것을 확인하였다.
본연구는 부스트형 대기압 플라즈마 전원장치에 대한 연구로서 부스트형 전원장치는 플라즈마의 발생을 원활하게 하기위해 커패시터로 모델링되는 부하단에 인가되는 전압을 직접 제어하는 방식을 의미한다. 기존의 정현파 공진형 전원장치는 PWM기법을 이용하여 펄스의 폭을 증감하는 방식으로 전압의 크기를 제어하지만 이 방식은 별도의 공진회로를 이용하여 공진을 일으킨 다음 이를 부하에 인가하는 방식으로 구성되기 때문에 속응성이 떨어지고 균일한 플라즈마를 발생시키기 어렵다. 부스트형 전원장치는 별도의 부스트 컨버터로 직류전압을 제어하여 부하단에 입력되는 전압을 직접 제어하므로 매우 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 이점이 있으나 별도의 부스트용 스위치가 필요하고 이로 인한 효율의 감소 및 사이즈의 증가가 되는 문제점이 생긴다. 본 연구에서는 커패시터로 모델링되는 부하를 이용하여 직접 공진을 일으키고 공진된 부하 전압을 직접 부스트 스위치에 인가시키는 방식으로 부스트용 스위치의 소프트 스위칭이 가능한 새로운 방식을 개발하였다. 개발된 방식에서는 부스트용 스위치가 ZCS형태로 켜지고 ZVS형태로 꺼지는 특성을 갖게 되므로 별도의 추가 회로 없이도 획기적인 효율 증가와 방열판 사이즈의 감소로 인한 제품의 경량화가 가능한 장점이 있다. 또한, DC링크 커패시터의 최소화로 인하여 부하단의 아크 문제가 자동적으로 해결되는 장점도 있다. 제안된 제어 방식은 시뮬레이션과 실험으로 그 타당성을 입증하였다.
프로토타입 컨버터 구현 시 전압/전류 제어기의 안정성, 제어 알고리즘, 정상적인 게이트 전압 제어가 보장되지 않은 경우 이를 수정하기 위해 사용하는 기존의 Trial and Error 방식은 조정에 많은 시간 및 비용이 소모된다. 본 논문은 이러한 시간적 비용 저감을 위하여 Control Hardware-in-the-Loop Simulation(CHILS)를 이용하여 제어기의 정상 동작 여부와 성능을 실시간으로 검증하는 방법을 제안한다. 이를 위해 LLC 공진형 컨버터를 CHILS로 구현하여, 개발된 DSP 제어기의 성능을 검증하고자 한다. 제안된 실시간 모의시험에서는 LLC 공진형 컨버터를 Matlab/Simulink에서 모델링 하여, 실제 DSP 제어기의 신호를 컨버터 모델에서 입력받아 모의시험장치의 출력 결과를 관찰함으로써 제어기의 동작 특성을 확인하였다.
본 논문은 램프 점등을 위한 공진회로와 정상상태에서의 저주파수 구형파(low frequency square-wave) 인버터 전류 제어를 실현하는 HID 전자식 안정기에 풀브리지 인버터(FB)와 LC 필터를 제안한다. 점등은 LC필터의 공진주파수에서 풀브리지 인버터 제어에 의한 공진에 의해서 이루어지고, 점등 후에 회로는 풀브리지 제어에 의해 벅컨버터 저주파수 구형파 인버터로 동작한다. 점등이 일어나는 동안의 LC필터의 공진주파수는 ($f_o$=120kHz)이고, 고조파를 감소시키고 음향공명현상을 피하기 위한 벅컨버터스위칭 주파수($f_{sw}$=50kHz)를 선택하였다.
최근 Hard Disk Drive(HDD)는 컴퓨터 산업의 발달과 함께 멀티미디어 어플리케이션의 요구에 따라 대용량화 추세에 있다. 이러한 대용량 HDD 는 고밀도, 고정밀의 track 정보가 필요하게 되고, 이는 HDD 생산에 고속, 고정밀의 Servo Track Writer(STW)를 필요로 하게 되었다. 그러나, 기존의 STW 는 PID 제어기에 공진 모드 제거를 위한 notch filter 를 사용하기 때문에 고속화에는 한계가 있어 track 정보를 기록하는 생산시간의 단축이 어렵다. 본 논문에서는 이를 위하여 기존의 STW 에 공진 모드의 여기를 최소화하기 위해 제어 입력의 profile 을 설계하는데 convex optimization 을 이용한 최적화 기법을 사용하였다. 이렇게 설계된 제어 입력은 플랜트의 공진 모드가 존재하는 주파수 대역에 에너지를 최소화시켜 공진 모드의 영향을 적게 받는다. 그 결과로 빠른 settling time 과 위치 정밀도가 향상된다. 그 효과는 모의 실험을 통해 검증하였다.
본 논문은 서로 독립적인 무선 전력전송 시스템의 출력들을 단일 PWM을 기반으로 하여 하나의 제어신호로 조절하는 공진형 컨버터의 설계와 구현을 다룬다. 각 출력마다 특정 주파수 범위를 할당하고 할당된 주파수를 가지는 정현파 전압 성분이 각 출력을 조절하는 제어신호로서 생성된다. 생성된 제어신호는 하나의 신호로 중첩되어 인버터 회로의 PWM 신호를 생성한다. 이 신호는 공진형 컨버터의 2차측의 대역통과공진 필터를 통과하면서 분리되어 진폭과 주파수 변조를 통해 출력을 조절한다. 본 논문에서는 4개의 출력을 가진 공진형 컨버터를 가정하였고 하드웨어 프로토타입 제작을 통해 제안하는 내용을 검증하였다.
본 논문에서는 새로운 형태의 도넛형 결함 접지면 구조를 이용한 공진기의 동작특성과 등가회로을 나타내고, 이것의 접지면에 칩 캐패시터를 추가하여 공진주파수를 가변할 수 있도록 설계하였다. 일반적으로 결함접지면 구조는 병렬 공진 특성을 갖는다. 여기에 집중소자 캐패시터를 추가하면 공진주파수가 낮아지게 된다. 캐패시터 대신에 바랙터다이오드를 이용하면 전압으로써 공진 주파수를 제어할 수 있다. 본 공진기는 전압제어발진기와 가변주파수 대역통과 여파기등에 응용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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