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[국내논문] 부하 임피던스 변화에 따른 6.78MHz 전류모드 D급 전력증폭기 특성 해석
Performance Analysis of 6.78MHz Current Mode Class D Power Amplifier According to Load Impedance Variation 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.23 no.2 = no.95, 2019년, pp.166 - 171  

고석현 (인천대학교 전자공학과) ,  박대길 (인천대학교 전자공학과) ,  구경헌 (인천대학교 전자공학과)

초록
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본 논문은 6.78 MHz무선전력전송 송신기의 전송 효율을 높이고 송수신 코일 간격 변화에도 안정적 특성을 확보하기 위해 전류 모드 클래스 D 전력증폭기를 설계한다. 선형증폭기의 이론적인 효율을 제한하는 트랜지스터의 기생 커패시터 성분에 의한 손실을 적게 만들어 전력증폭기의 효율을 향상시킨다. 회로 설계 시뮬레이터를 이용하여 고효율 증폭기를 설계하고 부하 임피던스 변화에 따른 전력 출력, 효율 특성을 시뮬레이션하여 검증하였다. 시뮬레이션에서 DC 바이어스 30 V일 때 42.1 dBm의 출력과 95%의 효율을 갖도록 설계하였다. 전력증폭기를 제작하여 42.1 dBm (16 W)의 출력에서 91%의 효율을 보였다. 드론 무선전력전송에 적용될 송수신 코일을 제작하였으며, 송수신 코일 간격에 따른 부하변화에 따라 전력부가효율이 최대 88% 이고 출력전력 $42.1dBm{\pm}1.7dB$의 특성을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper has designed a current mode class D power amplifier to increase the transmission efficiency of a 6.78 MHz wireless power transfer (WPT) transmitter and to ensure stable characteristics even when the transmitting and receiving coil intervals change. By reducing the loss due to the parasiti...

Keyword

#Class D current mode power amplifier   #Wireless power transfer   #Load variation   #Drone  

표/그림 (12)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 전류모드 class D 전력증폭기는 고효율 특성을 갖고 기생성분 손실도 매우 작아 RF대역에 적용할 수 있다. 본 논문에서는 전류모드 D급 (CMCD; current mode class D) 전력 증폭기를 설계하여 고효율의 특성을 갖고 부하 변화에도 안정적으로 동작하며 드론용 무선전력전송시스템에 적용 하고자 한다 [3].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전력증폭기는 무엇인가? 전력증폭기는 전송시스템에서 시스템 효율을 결정하는 중요한 구성요소이다. 송신기에서 효율이 낮은 전력 증폭기를 사용하면 동작 시 발생하는 열이 증폭기뿐만 아니라 인접 회로에  영향을 주게 되어 효율과 성능 저하에 주된 원인이 된다.
class E 전력 증폭기와 달리 class D 전력증폭기는 부하 임피던스 변화에 따른 효율 변화가 적은 이유는 무엇인가? Class E 전력 증폭기는 사용의 편의성, 발열 방지, 간단한 구조 등으로 무선전력전송 시스템용 증폭기로  많은 관심을 받았지만  다른 전력 증폭기들에 비해 높은 출력 전력을 구현하기 어렵고  높은 드레인 소스 피크 전압을 갖게  되어 높은 항복전압을 갖는 스위치 소자가 필요한  단점이 있다 [2].  Class E 전력 증폭기와 달리 class D는 부하 임피던스가 증가할 때 출력 전류가 감소하여 트랜지스터의 손실이 상대적으로 감소하는 특성이 있어 부하 임피던스 변화에 따른 효율변화가 적다. 전류모드 class D 전력증폭기는 고효율 특성을 갖고  기생성분 손실도매우 작아 RF대역에 적용할 수 있다.
Class E 전력 증폭기의 단점은 무엇인가? Class E 전력 증폭기는 사용의 편의성, 발열 방지, 간단한 구조 등으로 무선전력전송 시스템용 증폭기로  많은 관심을 받았지만  다른 전력 증폭기들에 비해 높은 출력 전력을 구현하기 어렵고  높은 드레인 소스 피크 전압을 갖게  되어 높은 항복전압을 갖는 스위치 소자가 필요한  단점이 있다 [2].  Class E 전력 증폭기와 달리 class D는 부하 임피던스가 증가할 때 출력 전류가 감소하여 트랜지스터의 손실이 상대적으로 감소하는 특성이 있어 부하 임피던스 변화에 따른 효율변화가 적다.
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참고문헌 (10)

  1. J. Walker, Handbook of RF and microwave power amplifiers, 1-st ed. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2011. 

  2. P. Srimuang, N. Puangngernmak, and S. Chalermwisutkul, "13.56 MHz class E power amplifier with 94.6% efficiency and 31 watts output power for RF heating applications," in 2014 11th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, Nakhon Ratchasima: Thailand, pp. 1-5, 2014. 

  3. T. P. Hung,"Design of high-efficiency current-mode class-D amplifiers for wireless handsets," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 53, No. 1, pp. 144-151, Jan. 2005. 

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  4. H. Kobayahshi, J. M. Hinrichis, and P. M. Asbeck,"Currentmode class D RF power amplifier for high efficiency RF application," IEEE Transaction Microwave Theory and Techniques, Vol. 49, No. 2, pp. 2480-2485, Dec. 2001. 

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  5. E. l. Hamamsy,"Design of high-efficiency RF class-D power amplifier," IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 9, No. 3, pp. 297-308, May. 1994. 

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  6. J. U. Mohammed and Z. R. Syed, "Performance analysis of high frequency BJT and LDMOS current mode class-D power amplifier," International Journal of Scientific & Engineering Research, Vol. 4, No 6, Jun. 2013. 

  7. P. J. Gomez, "Analysis and design procedure of transmission-line transformers," IEEE Transaction Microwave Theory an d Techniques, Vol. 56, No. 1, pp. 163-171, Jan. 2008. 

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  8. M. C. Seo, J. B. Jeon, I. H. Jung, and Y. G. Yang, "Design of high-efficiency current mode class-D power amplifier using a transmission-line transformer and harmonic filter at 13.56MHz," The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 23, No. 5, pp. 624-631, May. 2012. 

    원문보기 상세보기 crossref

  9. D. Rooij and A. Michael, "The ZVS voltage-mode class-Damplifier, an $eGaN^{(R)}$ FET-enabled topology for highly resonant wireless energy transfer," in 2015 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Charlotte: NC, pp. 1608-1613, 2015. 

  10. C. Wang and Z. Ma, "Design of wireless power transfer device for UAV," in 2016 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, Harbin: China, pp. 2449-2454, 2016. 

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