[논문]무선 전력 전송 시스템 회로 설계

조춘식; 정남휘

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문제 정의

본 고에서는 무선 전력 전송 방식의 일반적인 내부 회로에 대하여 각 부분별로 나눠 생각해 보도록 하겠다.

가설 설정

<그림 4>는 회로의 효율을 높이기 위하여, 다이오드 역할을 하는 NMOS를 Switching시키기 위하여 Comparator를 적용시킨 회로이다. <그림 4> (b)를 보면, 다이오드 양단 사이의 전압이 일정 수준 이상으로 올라가면 통하게 되는 것을 똑같이 구현하기 위하여, 다이오드의 ON 저항을 25옴정도로 가정하고, 비교기를 통하여 V_c1과 V_gnd를 비교하여 Vc1이 높을 경우 스위치가 ON이 되고, 낮아지면 OFF가 되게 하는 구조이다. 실제 다이오드를 이런 구조를 모델링하여 <그림 4> (a)와 같이 적용시킨다.

제안 방법

여기서 DC-DC Converter는 Switching type의 Regulator로 Rectangular Pulse를 사용하여 Switch를 Control하는 만큼 소비되는 전력량이 많을 것으로 예상된다. 따라서 DC-DC Converter를 통한 공급 전원의 전압을 조절하는 것도 좋은 방법이겠지만, DCDC Converter를 사용하지 않고, Linear Regulator인 LDO만을 사용하여 무선 전력 전송을 사용하는 해당 system에 맞는 전원을 출력으로 가질 수 있게 설계하는 방법을 더 제안한다.
이 역방향 전류를 줄이지 위한방법으로 과 같이 비교기에 Reverse Current Control을 위한 트랜지스터를 추가하여 Diode역할을 하는 NMOS(MN1)와 같이 동작을 하면서 비교기 내에 흐르는 전류의 양을 컨트롤 하여 MN1의 게이트 바이어스 전압의 변화를 빠르게 바꿔줄 수 있도록 한다.
첫 번째로 와 같이 NMOS에 comparator를 통한 입력을 사용하여 정류회로의 성능을 좀더 높이고자 한다.

성능/효과

무선 전력 수신부의 각 모듈은 일정한 공급전원을 가지는 것이 아닌 무선 전력 전송으로 공급받는 전원을 바로 각 모듈에서 사용하기 때문에 일반적인 회로와는 다르게 안정성에서 많은 문제를 가져올 수 있다. 하지만 전체적인 선형성을 고려하기 보단 전력 효율을 고려하며 설계하므로 충분히 효율을 고려하여 설계하면 70%까지의 효율을 얻을 수 있을 것이다.

후속연구

따라서 자기 자신의 전원을 사용하여 자기 자신을 동작시켜야 하기 때문에 Error Amp의 PSRR이 좋아야한다. 마지막으로 Bandgap Reference로 만들어 지는 Vref의 PSRR이 좋아야 Bandgap Reference를 통해 입력되는 Noise를 줄일 수 있을 것이다. 이와 같이 무선 전력 전송 회로는 외부에서 주어지는 전원이 없이 무선으로 공급받는 전력을 사용하여 동작하는 회로이므로, 그에 맞게 회로 설계가 이루어져야 하는 것이 가장 중요하다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

그린 IT의 대표적인 서비스는?

에너지-IT 융합기술이란 고도로 발전된 IT기술을 에너지 분야에 접목하는 것으로 그린 IT(Green IT)라는 개념으로도 소개되고 있다. 예를 들어 내부에 전원이 없는 수동태그에 수록되어 있는 정보를 리더기로 판독하기 위하여 무선으로 에너지를 공급하는 RFID (Radio Frequency Identification) 기술, 전원 선을 없애고 무선으로 가전기기나 전기자동차에 전원을 공급하는 무선전력전송기술 (WPT : Wireless Power Transfer), LED를 이용하여 조명과 통신을 동시에 수행하는 가시광통신 기술 (VLC : Visual Light Communication), 무선통신을 이용하여 사용자의 전력 사용량을 원격으로 검침하는 AMI (Advanced Metering Infrastructure) 기술, 전력공급처인 한국전력과 수요자가 전력 사용량에 대한 정보를 교환할 수 있도록 전력선 또는 무선통신을 이용한 스마트 그리드 (Smart Grid) 등이 그린 IT의 대표적인 서비스로 소개되고 있다.

에너지-IT 융합기술이란?

전 세계적으로 에너지 기술과 IT기술을 융합하는 에너지-IT 융합 기술에 대하여 관심도가 높아지고 있다. 에너지-IT 융합기술이란 고도로 발전된 IT기술을 에너지 분야에 접목하는 것으로 그린 IT(Green IT)라는 개념으로도 소개되고 있다. 예를 들어 내부에 전원이 없는 수동태그에 수록되어 있는 정보를 리더기로 판독하기 위하여 무선으로 에너지를 공급하는 RFID (Radio Frequency Identification) 기술, 전원 선을 없애고 무선으로 가전기기나 전기자동차에 전원을 공급하는 무선전력전송기술 (WPT : Wireless Power Transfer), LED를 이용하여 조명과 통신을 동시에 수행하는 가시광통신 기술 (VLC : Visual Light Communication), 무선통신을 이용하여 사용자의 전력 사용량을 원격으로 검침하는 AMI (Advanced Metering Infrastructure) 기술, 전력공급처인 한국전력과 수요자가 전력 사용량에 대한 정보를 교환할 수 있도록 전력선 또는 무선통신을 이용한 스마트 그리드 (Smart Grid) 등이 그린 IT의 대표적인 서비스로 소개되고 있다.

DC-DC Converter는 어떠한 타입으로 나눌 수 있는가?

DC-DC Converter는 크게 3가지 타입으로 나뉠 수 있다. Buck(step down), Boost(step up), BuckBoost로 3가지가 나뉘게 된다. Buck Converter는 입력전압보다 낮은 출력전압을 갖게 하는 것이고, Boost Converter는 입력전압보다 높은 출력전압을 갖게 하는 것이고, Buck-Boost Converter는 입력전압보다 높거나 낮은 출력전압을 갖게 하는 것이다.

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