LCD 디스플레이 산업은 현재 국가주도형 첨단 산업으로 고 성장을 이루고 있으며 관련 백라이트 인버터 구동 기술도 발전하고 있다. 그러나 핵심 부품, 특히 백라이트 인버터용 변압기의 설계 기술과 특성 분석에 대하여 보고 된 문헌이 아직까지 미비하여 최적의 설계와 성능 향상에 어려움이 많은 상황이다. 백라이트 인버터용 변압기는 전압의 증폭뿐만 아니라 공진형 인버터의 공진 뱅크의 인덕턴스 역할도 하고 있다. 따라서 최적 효율점에서 운전될 수 있도록 변압기의 누설 인덕턴스가 선정되어야 하며 그에 따른 포화와 손실을 고려한 1차, 2차 턴수가 설계되어야한다. 또한 ZVS 구현을 위한 인버터 구동방식에 따라 변압기 설계 방법도 달리해야하므로 인버터 구동에 연계한 특성 분석도 검토하여야 한다. 이에 본 연구에서는 백라이트 인버터에 최적인 변압기 요구 특성을 도출하고 요구 성능을 만족하는 변압기 설계 방법 및 특성 분석을 마련하고자 한다.
커패시터 소자와 브릿지 다이오드만을 사용한 교류전원 LED 구동회로를 분석하여, 초저손실 고효율 특성과 더불어 입력전류의 고조파 및 역률특성이 양호해지는 동작점을 찾아내었다. 커패시터 소자는 교류전원에 직렬로 연결되어 전력손실 없이 LED 전류를 제한하는 역할을 하게 되며, 브릿지 다이오드 정류회로는 LED 어레이를 교류전원의 2배 주파수로 구동시키게 한다. 분석결과, 제안된 LED 구동회로는 LED 어레이의 전압강하가 입력 교류전압 최대치의 절반이 될 때 역률특성과 효율이 최고가 되며, 동작온도 변화에 따른 LED 어레이 전압 변동에 대해 출력이 변하지 않는 특징을 갖는다. 이러한 LED 구동회로는 스윗칭 레귤레이터나 IC 등이 없이 단순 수동소자만을 사용함으로써 제품원가 최소화와 효율향상을 동시에 달성할 수 있으며, 실험을 통해 특성이 확인되었다.
최근 휴대용 어댑터의 동향은 고주파수 전력 컨버터 설계를 통한 어댑터의 고효율화 및 소형화의 중요성을 강조하고 있다. 그러나 기존 준공진형(Quasi Resonant, QR) 플라이백 컨버터는 하드 스위칭 동작으로 고주파수 구동에 한계가 있으며, 누설 인덕턴스 에너지에 의한 손실로 인해 고효율을 달성하기가 어렵다. 반면, 능동 클램프 플라이백(Active Clamp Flyback, ACF) 컨버터는 ZVS(Zero Voltage Switching) 동작을 하여 고주파수 구동에 유리하고, 누설 인덕턴스 에너지를 입력으로 회기 시킴으로써 손실을 저감할 수 있다. 또한, 경계전류모드(Boundary Conduction Mode, BCM) 동작에서의 손실분석을 기반으로, 반도체 특성이 우수하여 고주파수 동작에 유리한 GaN-FET를 적용하고 최적 설계를 진행함으로써 고효율 및 고전력밀도를 달성하였다. 따라서 본 논문에서는 GaN-FET를 기반으로 하는 고효율 및 고전력밀도 BCM ACF 컨버터의 최적 설계 방안을 제시하고 65W급 시작품의 실험결과를 통해 이를 검증한다.
고출력 LED의 전기적 광학적 열적인 특성을 분석한 결과를 토대로 MCPCB를 사용하지 않고 전구 형태의 좁은 면적에 고출력 1W LED를 배열하고, 적외선 카메라와 ICEPAK(열유동해석 프로그램)을 이용하여 14개의 LED 배열에 대한 LED 전구의 최적방열 및 기구 설계를 실시하였다. LED 전구에 대한 정전압과 정전류 제어방식의 고효율 구동회로를 제작하여, 약 70% 이상의 회로 효율과 약 95% 이상의 고역률, 약 20lm/W 이상의 고효율 LED 전구를 실현하였다. 정전압 구동회로는 동작시간에 무관하게 일정한 광출력을 나타내며, 정전류 구동회로는 초기 시동시 높은 광출력을 나타내고 동작시간의 경과에 따라 광출력 감소율이 높게 나타냄을 알 수 있다.
본 논문에서는 RF 플라즈마 발생 장치인 RF-Match의 기구적 최적 설계를 제안하였다. RF-Match의 정합소자 구동 기어단의 효율 개선을 위해 베벨기어를 웜기어로 대체 설계하여 백래쉬를 제거하였으며, 정합소자의 고전력 인가로 인한 아크 발생 문제의 해결을 위해 접지를 개선하여 RF-Match의 기구적 성능을 향상 시켰다.
위성 카메라를 위한 초점면부 영상 안정화 장치는 영상이 맺히는 초점면부의 운동외란을 제거함으로써 위성 카메라의 영상 품질을 향상 시킬 수 있는 효율적인 방법 중 하나이다. 본 연구의 목적은 초점면부 안정화 기법을 소개하고 초점면부 영상 안정화 장치 액츄에이터의 응답 및 추력에 대한 최적의 구동 조건을 결정하는 것이다. 이를 위해 다양한 구동 조건에 따른 영상화 안정화 장치의 마찰 구동형 압전 액츄에이터의 응답성과 추력을 실험적으로 조사하였다. 실험결과로부터 마그네슘 슬라이더에 대한 최적의 구동 주파수는 70 kHz, 듀티비는 27% 였다.
최근 들어서는 지구환경보호와 에너지자원 고갈의 위기감 속에 에너지절약기기의 니즈가 급속하게 가속화되고 있다. 산업분야에서의 에너지절약기기로서는 고효율모터나 인버터가 사용되고 있는데 아직 이들 기기의 보급률은 낮은 실정이다. 점차 에너지절약기기에 대한 관심이 높아 가는 가운데, 한편 산업용전력 사용량의 약 70$\%$를 모터가 차지하고 있다고 알려지고 있으며 모터 유닛의 손실 삭감으로 큰 에너지절약 효과를 기대할 수 있기 때문에 3상모터의 고효율화 요구와 인버터구동에 의한 에너지절약니즈가 급속히 퍼지고 있다. 3상모터의 에너지절약 니즈에는 위험지구(폭발성 분위기) 안에서 사용되는 용도도 많아 이와 같은 위험장소에서 사용되는 방폭전기기기에서는 1993년의 국제규격(IEC 규격)에 정합(整合)된 신JIS 방폭규격의 발행으로 정전의 일본독자적인 방폭규격은 폐지되고 이 새로운 JIS 방폭규격에의 통합 움직임이 있었다. 미쓰비시전기는 이와 같은 동향에 대응하기 위하여 고성능$\cdot$에너지절약 모터 ''수퍼라인 에코시리즈''로서 고효율 시리즈, 인버터구동 전용토크 시리즈, 신JIS방폭규격대응 안전증(安全增) 방폭형 시리즈를 제품화하였다. 수퍼라인 에코시리즈는 동사 독자의 강판프레임을 사용하여 철저한 저손실 설계의 채택으로 업계 톱클래스의 고효율$\cdot$에너지절약을 실현하였다. 인버터구동에 최적한 특성, 내환경성의 강화와 베어링의 장수명화에 의한 장기(長期) 메인터넌스프리화 및 저소음$\cdot$저진동화를 실현한 고성능모터이다.
본 논문에서는 현재 출시되어 있는 전기차의 구동모터 사양을 대부분 포괄하는 200kW급 구동용 모터드라이버를 개발하였다. 고효율ㆍ고전력밀도를 달성하기 위해 기존 전력반도체(Insulated-gate bipolar transistor, IGBT)대신에 차세대 전력반도체(Silicon carbide, SiC)를 적용하였으며 SiC를 최적사용하기 위해 하드웨어에 대한 분석을 통해, 예상되는 효율 및 방열특성을 구하여 최적 설계를 하였다. 전기차 구동모터에 대부분 활용되는 매입형 영구자석 동기모터(Interior permanent-magnet synchronous machine, IPMSM)를 위한 벡터 제어 알고리즘을 DSP를 활용하여 구현하였다. 본 논문에서는 SiC기반 전기차 구동용 모터드라이버 시작품을 설계ㆍ제작하였으며 실험을 통해 성능을 검증하였다.
본 논문은 ADC 컨버터 내장 단상 직입구동 20W BLDC 모터 개발 및 출력 특성에 대한 연구결과를 논하였다. PWM 인버터 스위칭을 통해 회전자를 구동시키고, 모터의 역기전력을 홀센서 위상각 신호보다 전기적으로 30° 앞서도록 위치시켜 최적의 스위칭 타임을 확보하도록 제작하였다. 특성평가의 주요한 결과로서 인버터 효율 최대 92[%], 시스템 효율 53.34[%]를 보였으며, 모터 효율은 57.85[%] 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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