본 논문에서는 종래의 접지된 능동 인덕터 구조와 궤환 가변 LC-공진기를 이용한 새로운 가변 능동 인덕터를 제안하였다. 접지된 능동 인덕터는 자이레이터-C 구조로 구현되며, 가변 LC-공진기는 낮은 Q 지수를 갖는 나선 인덕터와 바렉터로 이루어진다. 가변 LC-공진기는 트랜지스터의 기생 커패시턴스에 의한 Q 지수의 감소를 보상하며, LC-공진기의 공진 주파수 조절에 의해 높은 Q 지수를 갖는 주파수 대역을 가변할 수 있다. 매그나칩 $0.18{\mu}m$ 공정을 이용하여 제작된 가변 능동 인덕터는 $4.66{\sim}5.45GHz$ 대역에서 바랙터 제어 전압 조정에 의해 높은 Q 지수를 갖는 주파수를 조정할 수 있으며, 동자 대역에서 50 이상의 Q 지수를 제공한다. 또한, 바렉터 제어전압 조정으로 5.1 GHz에서 $4.12{\sim}5.97nH$의 가변 인덕턴스 값을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 새로운 타입의 변위센서를 개발하기 위한 목적으로, 페라이트코어를 이용한 인던턴스와 외부 캐패시턴스를 이용하는 LC공진자를 제작하고 특성을 검토하였다. 개별 공진자의 임피던스의 주파수의존성을 분석하였고, 두 개의 공진자가 인접해 있을 때 자체 인덕턴스와 상호 인덕턴스에 부합하는 주파수에서 각각의 공진이 일어나는 것을 알 수 있었다. 공진주파수는 5~17 mm의 변위에 대해서 선형적으로 변화하였으며, 제안된 방법으로 정밀한 변위를 측정할 수 있음을 알 수 있었다.
본 논문에서는 전동기를 구동하는 인버터 출력단에 있는 LC필터의 공진현상을 피하기 위한 능동감쇠 방법을 제안하였다. 기존의 방법들은 추가적인 센서 혹은 복잡한 신호처리를 필요로 한다. 이에 비해 제안된 방법은 기존의 방법과 달리 샘플링 주파수를 변경하여 추가적인 제어 없이 공진 문제를 해결한다. 제어 시스템이 특정한 조건을 만족하는 경우, 샘플링 주파수를 공진 주파수와 일치시켜 공진 전류를 Aliasing된 형태의 저주파수 성분으로 계측한 후, 이를 통해 시스템의 안정성을 확보하여 공진현상을 억제한다. 이산 시간(discrete-time)에서의 모델링을 통해 제안된 방법의 안정성 여부를 확인하였고, 최종적으로 실험을 통해 제안된 능동감쇠 방법의 유효성을 검증하였다.
본 논문에서는 단일 스위치를 사용한 LC 직렬 공진형 부스트 컨버터를 제안하였다. 제안하는 토폴로지는 별도의 보조 스위치의 추가 없이 일반 부스트 컨버터에 수동소자만을 추가하여 스위치 턴-온, 턴-오프 시 영전압 스위칭(ZVS; Zero Voltage Switching)을 수행한다. 이 토폴로지는 LC직렬 공진에 의해 스위치 오프 타임이 결정되므로, 스위치 온 타임을 가변하여 출력전압을 조절하는 온 타임 가변형 주파수 변조 기법으로 제어된다. 전류 도통 경로에 따라 제안된 회로의 동작 모드를 구분하였고, 제안된 컨버터의 동작모드와 특성은 수학적 해석과 시뮬레이션 및 실험을 통해서 검증하였다.
본 논문은 공진 인버터를 적용한 HID램프를 구동하기 위한 전자식 안정기를 설계하고 구현하였다. 제안된 전자식 안정기는 스위치 턴온 오프시의 손실을 줄이기 위해서 소프트 스위칭 기법인 ZVS(Zero-Voltage Switching)을 도입하였다. 점등은 LC필터의 공진주파수범위에서 풀브리지 인버터 제어에 의한 공진으로 이루어 진다. 점등후에 컨버터는 저주파수 구형파로 동작한다. 공진 기동시의 LC필터의 공진주파수는 ($f_o$=160kHz)이고, 고조파를 감소시키고 음향공진현상을 피하기 위한 벅컨버터 스위칭 주파수(고주파수 : 50~60kHz 와 저주파수 : 170Hz)를 선택하였다. 실험을 통해 공진 인버터를 적용한 HID램프용 전자식 안정기가 안정적으로 동작함을 확인하였다.
고효율을 갖는 고주파점등용 전자식 안정기 개발에 대한 연구이다. 안정기 입력단에 LC병렬공진회로를 연결하고 출력단에서 LC직렬공진회로를 이용함으로써 효율을 향상시켰다. 안정기에 대한 회로상의 주요 착상을 중심으로 동작을 설명하였으며 실용회로를 구성하여 성능을 실험하였다. 그 결과 개발된 전자식안정기의 40W 형광램프에 적용시 형광등과 안정기의 총 소비전력은 35W였으며 이는 기존 국내의 전자식 안정기의 적용시 소비전력에 대해 10%가 향상된 것이다. 고조파특성 또한 기존 자기식안정기 수준으로 향상되었다.
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.
MOSFET 스위칭 소자를 사용하여 하프 브릿지 인버터를 구성하였고 게이트파형과 인덕터, 커패시터의 공진, Preheat 동작을 PSIM으로 구현하였다. LC 공진으로 통해 절연이 파괴되어 램프가 켜지고 Preheat 로 램프 전극 양단에 병렬로 연결되는 LC공진콘덴서 의해 예열되어 불필요한 전력소모를 줄이고 나타내었다. 램프가 켜지는 순간부터 가변저항을 이용하여 램프의 밝기를 조절 할 수 있게 구상하였으며 그 결과를 PSIM으로 시뮬레이션 하였다.
본 논문에서는 일반적으로 사용되어지는 배전압 단상 정류회로에 LC 공진회로를 첨가하여, 고조파의 성분을 저감시키는 고역률 단상 정류회로를 제안하였다. 제안한 회로는 다이오드 브리지에 병렬로 커패시터를 접속하고, 입력에 인덕터L을 추가하여 접속시키므로써 상용주파수에서 LC 공진현상을 이용하여, 수동소자만으로 입력전류를 정현파화한다. 그리고 고조파 제어 규제값의 여유도 만족시킨다. 이 모든 사항에 대해 실험과 시뮬레이션 결과를 비교, 분석을 통하여 그 타당성을 확인하였다.
MEMS 공정기법을 적용하여 새로운 형태의 LC 공진기형 자기센서를 제작하였다. 이 마이크로 LC 공진기는 솔레노이드형 마이크로인덕터에 연자성 마이크로와이어를 코어로 삽입하고 여기에 콘덴서를 병렬로 연결하여 구성하였다. 코어 자성 물질은 melt spinning 법으로 제조한 유리가 코팅된 $Co_{83.2}B_{3.3}Si_{5.9}Mn_{7.6}$ 마이크로와이어이다. 코어물질의 연자성을 개선하기 위하여 $150^{\circ}C$, $200^{\circ}C,\;250^{\circ}C,\;300^{\circ}C$ 등 여러 온도에서 1시간씩 진공 열처리하였다. MEMS 공정으로 제작된 솔레노이형 마이크로인덕터는 길이가 $500{\sim}1,000{\mu}m$ 이며 감은수는 $10{\sim}20$회이다. 외부자기장에 따른 본 마이크로인덕터의 최대 인덕턴스 변화율은 370%이었다. 초연자성 마이크로와이어의 투자율이 외부자기장에 따라 급격히 변하기 때문에 인덕턴스변화율이나 LC 공진기의 자기임피던스 변화율(MIR)이 급속하게 변한다. 최대감도를 얻기 위해서 MIR 곡선은 정교하게 조절할 수 있다. 마이크로인덕터와 멀티바이브 레어터 회로로 구성된 원형 자기센서소자를 제작하여 시험동작을 하는데 성공하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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