[논문]6.78MHz 직렬/병렬 공진을 이용한 자기 공진 무선 전력 전송 시스템

이병희; 유영수; 이강현

6.78MHz 직렬/병렬 공진을 이용한 자기 공진 무선 전력 전송 시스템
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이병희 (한밭대학교 전자제어공학과) , 유영수 (대구대학교 대학원 전자공학과) , 이강현 (대구대학교 대학원 전자공학과)

무선 전력 전송에서 자기장을 이용하는 방식은 인덕티브 커플링 방식과 자기 공진 방식이 있다. 자기 공진 방식은 송수신 코일의 크기를 작게 할 수 있고, 인덕티브 방식보다 전력 수신할 수 있는 범위가 넓다. 본 논문에서는 모바일 기기를 위한 자기 공진 무선 전력 전송의 표준 주파수로 유력한 6.78MHz 시스템을 구성하고, 직렬 공진 송신과 병렬 공진 수신을 제안한다. 전자파 노이즈를 억제하기 위하여 LC Low Pass Filter를 추가한 Half-bridge 인버터 송신 회로를 사용하여, 5.5W급 Smart phone 충전을 위한 Prototype을 제작 및 동작과 특성을 검증하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 모바일 기기 충전을 위한 자기 공진 무선 전력 전송 시스템을 제안한다. 자기 공진 무선 전력 전송의 표준 단체인 A4WP의 모바일 기기 충전 표준 주파수인 6.
본 논문에서는 자기 공진 무선 전력 전송 시스템에 관한 연구이다. 모바일 기기 충전을 위한 A4WP의 표준 주파수인 6.

제안 방법

78 MHz 구동을 위한 MOSFET Gate 신호를 나타내고 있다. 6.78 MHz 오실레이터 출력을 이용하여 Logic IC와 Gate 구동 IC를 사용하여 설계하였다. LC Low Pass Filter의 차단 주파수는 9 MHz로 정하여 각각 L_f과 C_f를 설계하였으며, 출력 파형은 Fig.
코일이나 회로에 존재하는 기생 저항은 고려하지 않았다. Half-bridge 인버터로 AC 전압 중 기본파 성분을 입력 전압으로 하고, 부하 저항은 AC 등가 저항을 이용하였다. 송신과 수신 각각에 Kirchhoff’s voltage law (KVL)를 적용하면 다음과 같은 수식을 얻을 수 있다^[5-6]
78 MHz 구동을 위하여 송수신 회로를 설계하고, 직렬 공진 송신기와 병렬 공진 수신기를 이용하여 전력을 전달한다. 또한 전자파 노이즈를 최대한 억제하기 위하여 LC Low Pass를 추가한 Half-bridge 인버터 송신 회로를 제안한다. 직렬과 병렬 공진을 이용한 자기 공진 수신기의 이론적 전압 이득을 구해보고, 5.
직렬 공진을 이용한 송신 공진기와 병렬 공진을 이용한 수신 공진기로 무선 전력 전송을 위한 공진 시스템을 구성하고, 부하에 최대 전력을 전달하기 위해 임피던스 매칭을 역할을 하는 커패시터(C_M)로 구성된다. 모든 수동 소자는 효율을 극대화하기 위하여 높은 양호도를 갖는 수동 소자를 사용하고, 반도체 소자는 Si를 기반한 소자를 이용하여 설계 하였다.
본 논문에서는 자기 공진 무선 전력 전송 시스템에 관한 연구이다. 모바일 기기 충전을 위한 A4WP의 표준 주파수인 6.78 MHz 동작주파수를 이용하여 송수신 공진기를 설계하였으며, 송신은 직렬 공진을 이용하고 수신은 병렬 공진을 이용하였다. 전자파 노이즈를 차단하기 위하여 LC Low Pass Filter를 설계하여 적용하고, 5.
커패시턴스로 무효 전력을 최소화하기 위한 부하 등가 저항을 57옴으로 하여, 임피던스 매칭을 하였다. 임피던스 매칭 방법은 수신 공진기와 부하 저항이 있는 상태에서 송신측에서 보이는 임피던스의 무효전력을 0으로 하기 위하여 스미스 챠트를 활용하여 Fig. 3과 같이 설계하였다. 출력 전력은 휴대폰 충전을 위한 5V/1A 충전을 위한 수신 전력 기준 5.
본 논문에서는 모바일 기기 충전을 위한 자기 공진 무선 전력 전송 시스템을 제안한다. 자기 공진 무선 전력 전송의 표준 단체인 A4WP의 모바일 기기 충전 표준 주파수인 6.78 MHz 구동을 위하여 송수신 회로를 설계하고, 직렬 공진 송신기와 병렬 공진 수신기를 이용하여 전력을 전달한다. 또한 전자파 노이즈를 최대한 억제하기 위하여 LC Low Pass를 추가한 Half-bridge 인버터 송신 회로를 제안한다.
78 MHz 동작주파수를 이용하여 송수신 공진기를 설계하였으며, 송신은 직렬 공진을 이용하고 수신은 병렬 공진을 이용하였다. 전자파 노이즈를 차단하기 위하여 LC Low Pass Filter를 설계하여 적용하고, 5.5 W 수신을 위한 Prototype 제작하여 동작 검증을 수행하였다. 무효 전력을 최소화 하기 위한 임피던스 매칭과 직병렬 공진을 통해 최대 효율 74%를 얻었으며, 모바일 기기 충전을 안정적으로 할 수 있음을 확인하였다.
또한 전자파 노이즈를 최대한 억제하기 위하여 LC Low Pass를 추가한 Half-bridge 인버터 송신 회로를 제안한다. 직렬과 병렬 공진을 이용한 자기 공진 수신기의 이론적 전압 이득을 구해보고, 5.5W 시스템을 구성하여 회로 동작을 검증하였다.
5cm정도 된다. 커패시턴스로 무효 전력을 최소화하기 위한 부하 등가 저항을 57옴으로 하여, 임피던스 매칭을 하였다. 임피던스 매칭 방법은 수신 공진기와 부하 저항이 있는 상태에서 송신측에서 보이는 임피던스의 무효전력을 0으로 하기 위하여 스미스 챠트를 활용하여 Fig.

대상 데이터

제안된 컨버터의 동작과 특성을 검증하기 위하여, Table 1과 같은 실험 파라미터로 Prototype을 제작하였다. 구동 주파수는 6.

성능/효과

5 W 수신을 위한 Prototype 제작하여 동작 검증을 수행하였다. 무효 전력을 최소화 하기 위한 임피던스 매칭과 직병렬 공진을 통해 최대 효율 74%를 얻었으며, 모바일 기기 충전을 안정적으로 할 수 있음을 확인하였다.

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