[논문]중간 결합 계수를 갖는 무선전력전송 시 LCC-S와 LLC 보상 토폴로지 비교 분석

조승진; 신창수; 김동희

[국내논문] 중간 결합 계수를 갖는 무선전력전송 시 LCC-S와 LLC 보상 토폴로지 비교 분석
A Comparative Analysis of LCC-S and LLC Compensation Topologies in Wireless Power Transfer Systems with Mid Coupled Coefficient 원문보기

조승진 (전남대학교 전기공학과) , 신창수 (전남대학교 전기공학과) , 김동희 (전남대학교 전기공학과)

본 논문은 간 수준(0.4-0.6)의 결합 계수를 갖는 송수신 패드 사용 시, 정전압출력 특성을 가지는 무선 충전 패드의 공진네트워크를 구성하기 위한 두 개의 토폴로지를 비교한다. 널리 이용되는 LLC 토폴로지를 LCC-S 토폴로지와 비교 및 분석하고, 실제 1kW급 무선전력전송 장치를 통해 검증한다. LLC 및 LCC-S 토폴로지의 비교 결과, LLC는 제작비용의 감소와 수신측 소형화 부분에서 이점을 가지는 반면, LCC-S는 효율 부분에서 우위에 있음을 확인한다.

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문제 정의

본 논문에서는 CV 특성을 갖는 보상 토폴로지에서 출력 전력에 따른 출력전압 및 효율을 비교해보았다. LLC 토폴로지는 필요한 소자가 적기 때문에 제작비용과 소형화 측면에서 유리하며, LCC-S의 경우 안정적인 정전압 특성과 높은 효율 측면에서 유리함을 확인했다.
본 논문에서는 중간 수준의 결합 계수를 갖는 IPT 시스템에서 정전압 특성을 갖는 보상 토폴로지인 LCC-S와 LLC 토폴로지를 각각 설계 및 비교할 것을 제안한다. 이후 1kW급 무선 전력전송 장치에서 실험 및 검증하며, 토폴로지별 장단점을 확인한다.

제안 방법

위에서 설계된 공진 네트워크를 제작하여 실험을 진행했다. 1kW 출력 조건에서 85kHz를 공진 주파수로 설계했으나, LCC-S의 경우, ZVS를 만족시키기 위해, LLC의 경우 적절한 출력전압 범위를 충족하기 위해 84.
본 논문에서는 중간 수준의 결합 계수를 갖는 IPT 시스템에서 정전압 특성을 갖는 보상 토폴로지인 LCC-S와 LLC 토폴로지를 각각 설계 및 비교할 것을 제안한다. 이후 1kW급 무선 전력전송 장치에서 실험 및 검증하며, 토폴로지별 장단점을 확인한다.

대상 데이터

본 논문에서 비교하는 토폴로지는 LLC와 LCC-S 토폴로지이다. 정전압 특성을 갖는다는 공통점이 있으나, 서로 다른 범위의 결합 계수에서 사용된다.
2nF 기준으로 LCC-S 수신 커패시터를 제외하고 모두 2 Series로 연결했다. 총 커패시터 58개, LCC-S 토폴로지는 총 450개의 커패시터가 사용되었다. 실험 사양과 실험 결과는 표 2와 그림 4와 같다.
이격 거리를 수직으로 5mm로 하였을 때, 요구하는 출력 전압은 설계 기준 50–76V를 기준한다. 커패시터는 KEMET 사의 C1812C222KDG를 사용했으며 직렬연결은 전압 및 전류 스트레스를 고려했다.

성능/효과

본 논문에서는 CV 특성을 갖는 보상 토폴로지에서 출력 전력에 따른 출력전압 및 효율을 비교해보았다. LLC 토폴로지는 필요한 소자가 적기 때문에 제작비용과 소형화 측면에서 유리하며, LCC-S의 경우 안정적인 정전압 특성과 높은 효율 측면에서 유리함을 확인했다. 높은 효율을 고려했을 때, LCC-S가 유리하지만, 제작비용 측면에서는 LLC 토폴로지 사용을 고려할 가치가 있다.
실험 결과, LLC와 LCC-S 둘 다 요구하는 출력전압 범위로 출력되었으며, 효율에서는 수신 측 누설 인덕턴스가 보상된 LCC-S가 전반적으로 높은 값을 가졌다. 그러나 LCC-S의 경우 LLC에 비해 400여 개의 커패시터가 추가로 사용되었고, 수신 측에도 설치가 되는 만큼 비용과 부피 측면에서는 LLC 토폴로지가 유리한 것을 확인할 수 있다.
실험 사양과 실험 결과는 표 2와 그림 4와 같다. 실험 결과, LLC와 LCC-S 둘 다 요구하는 출력전압 범위로 출력되었으며, 효율에서는 수신 측 누설 인덕턴스가 보상된 LCC-S가 전반적으로 높은 값을 가졌다. 그러나 LCC-S의 경우 LLC에 비해 400여 개의 커패시터가 추가로 사용되었고, 수신 측에도 설치가 되는 만큼 비용과 부피 측면에서는 LLC 토폴로지가 유리한 것을 확인할 수 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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