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커패시터 커플링 무선 전력 전송을 위한 MHz LLC 공진형 컨버터
High Frequency (MHz) LLC Resonant Converter for a Capacitor Coupling Wireless Power Transfer (CCWPT) 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.21 no.2, 2016년, pp.111 - 116  

유영수 (Electronic Engineering, Graduate School, Daegu University) ,  문현원 (School of Electronic and Electric Engineering, Daegu Univ.) ,  이강현 (School of Electronic and Electric Engineering, Daegu Univ.)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a high-frequency (MHz) LLC resonant converter for a capacitor coupling wireless power transfer (CCWPT). The CCWPT uses electric field in the coupling capacitor between the transmitter and receiver electrodes with a dielectric layer. Given that capacitance is very small and the im...

주제어

#CCWPT(Capacitor Coupling Wireless Power Transfer)   #High frequency LLC converter   #Coupling capacitor   #Glass dielectric layer  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 논문에서는 좀 더 큰 커패시턴스를 얻기 위하여 상대 유전율이 높은 유리 유전체를 사용하고, 고주파 동작을 하게 되면 임피던스를 작게 보이게 할 수 있다. 또한, 적은 커패시턴스로도 높은 입출력 전압 이득을 얻을 수 있고, 송신회로의 턴-온 스위칭 손실을 최소화를 통해 고효율을 얻기 위한 높은 양호도를 갖는 고주파 LLC 공진형 컨버터를 제안한다.
  • 본 논문에서는 무선 전력 전송 방법 가운데, 인체유해성과 전자파 방해가 없는 CCWPT에 적합한 고주파 LLC 컨버터를 제안하였다. CCWPT는 커플링 커패시턴스가 중요한 설계 요인이 되는데, 큰 커패시턴스를 얻기 위하여 유리 유전체를 사용하고 높은 출력 전압 이득과 송신 회로 반도체 소자의 턴온 스위칭 손실을 저감하기 위하여 높은 양호도를 갖는 고주파 LLC 컨버터를 제안하였다.

가설 설정

  • Mode 1∼Mode 3과 Mode 4 ∼ Mode 6은 일치하므로 앞선 Mode 1∼Mode 3만 설명하도록 한다. 모든 소자는 이상적이면 MOSFET는 출력 커패시터만 존재하고 다이오드, 인덕터, 커패시터는 이상적이라고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선 전력 전송 기술은 어떻게 구분되는가? 최근 모바일 기기와 전기 자동차를 선 없이 충전하기 위하여 무선 전력 전송 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 무선 전력 전송 기술은 자기장을 이용하는 인더티브 커플링 방식과 자기 공진 방식이 있으며 전기장을 이용하는 커패시티브 커플링 방식으로 구분할수 있다. 자기장을 이용하는 무선 전력 전송 방식은 그림 1과 같이 인덕터에서 발생하는 자기장의 커플링을 통하여 전력을 전달하는 방식으로, 동작주파수와 송수신 인덕터와 공진 커패시터 그리고 기생 저항에 의한 양호도의 크기에 따라 인덕티브 방식과 자기 공진 방식으로 구분할 수 있다.
자기 공진 방식의 단점은? 자기 공진 방식은 송수신 코일간의 공명 현상을 이용하여 거리가 떨어지거나 송수신 코일이 정확히 정합되지 않아도 전력이 전송되는 사용자 편의성이 우수하다. 하지만 인체 유해성에 대한 영향성 확인 필요, 낮은 효율, 전자파 방해 등의 단점을 가지고 있다[3-4].
CCWPT 방식은 어떻게 진행되는가? 전기장을 이용하는 무선 전력 전송 방식은 그림 2에서와 같이 물리적으로 생성된 커패시터에 전계를 이용하여 변위 전류를 발생시켜 전력을 전달하는 방식으로 CCWPT(Capacitor Coupling Wireless Power Transfer)라고도 불리고 있다. CCWPT 방식은 전기장을 이용하기 때문에, 전자기파가 전력 전달 과정에서는 발생하지 않으며, 인덕티브 방식보다는 위치 정합에 대한 효율 저하도 심하지 않다.
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참고문헌 (12)

  1. R. Johari, J. V. Krogmeier, and D. J. Love, "Analysis and practical considerations in implementing multiple transmitters for wireless power transfer via coupled magnetic resonance," IEEE Trans. Ind. Electronics, Vol. 61, No. 4, pp. 1771-1783, Apr. 2014. 

    상세보기 crossref

  2. Z. N. Low, R. A. Chinga, R. Tseng, and J. Lin, "Compensate capacitor optimization for kilowatt-level magnetically resonant wireless charging system," IEEE Trans. Ind. Electronics, Vol. 61, No. 12, pp. 6758-6768, Dec. 2009. 

  3. S. A. Mirbozorgi, H. Bahrami, M. Sawan, and B. Gosselin, "A smart multi coil inductively coupled array for wireless power transmission," IEEE Trans. Ind. Electronics, Vol. 61, No. 11, pp. 6061-6070, Nov. 2014. 

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  4. D. J. Ahn and S. C. Hong, "Optimal design of ICPT systems applied to electric vehicle battery charge," Proceeding of Annual KIPE Conference, pp. 623-624, July 2012. 

  5. A. P. Hu, C. Liu, and H. L. Li, "A novel contactless battery charging system for soccer playing robot," in Proc. 15th IEEE Int. Conf. Mechatronics and Machine Vision in Practice, Auckland, New Zealand, pp. 646-650, 2008. 

  6. A. Wahab, T. E. Chong, and L. K. Min, "Wireless pointing device using capacitive coupling," in Proc. 1997 IEEE Int. Symp. Consumer Electronics, Singapore, pp. 149-152, 1997. 

  7. H. Kobayashi, H. Funato, and Y. Chiku, "Enhancement of transfer power of capacitive power transfer system using cascaded one pulse switching active capacitor(C-OPSAC) with three-level operation," in Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC), 2012 7th International, pp. 884-888, 2012. 

  8. C. Liu, A. Hu, G. Covic, and N. C. Nair, "Comparative study of CCPT systems with two different inductor tuning positions," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 27, No. 1, pp. 294-306, Jan. 2012. 

    상세보기 crossref

  9. C. Liu, A. Hu, B. Wang, and N. C. Nair, "A capacitively coupled contactless matrix charging platform with soft switched transformer control," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 60, No. 1, pp. 249-260, Jan. 2013. 

    상세보기 crossref

  10. J. Dai and D. C. Ludois, "Wireless electric vehicle charging via capacitive power transfer through a conformal bumper," in Proc. IEEE 30th Annu. Appl. Power Electron. Conf. Expo., 2015. 

  11. H. William and H. HAYT, "Engineering Electromagnetic 5th edition," McGrawHill, 1989. 

  12. K. H. Yi, "6.78MHz capacitive coupling wireless power transfer system," Journal of Power Electronics, Vol. 15, No. 4, pp. 987-993, July 2015. 

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