[논문]DBD 플라즈마 공기청정기를 위한 펄스 전원 입력 인버터 회로 개발

황훈하; 전형근; 오현준; 이용휘; 노정욱

[국내논문] DBD 플라즈마 공기청정기를 위한 펄스 전원 입력 인버터 회로 개발
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황훈하 (국민대학교 전자공학과) , 전형근 (국민대학교 전자공학과) , 오현준 (국민대학교 전자공학과) , 이용휘 (국민대학교 전자공학과) , 노정욱 (국민대학교 전자공학과)

차량 또는 실내에서 사용되는 대부분의 공기청정기는 미세먼지(PM 또는 PM)를 필터만 이용해서 정화하기 때문에 일정 시간 사용하게 되면 필터를 교체해야 하고, 필터를 청소한다고 해도 점점 성능이 저하되어 교체만 한다. 이러한 점이 개선된 플라즈마 공기청정기의 경우 필터 공기청정기에 비해 소비전력이 크다는 문제가 있다. 본 논문에서는 기존 플라이백 컨버터를 이용한 플라즈마 구동이 아닌 단일 스위치 무손실 인버터(국민대 보유기슬)와 펄스 전원(맥동 전압) 인가를 통한 플라즈마 구동 방식을 제안하고, 기존 DBD 플라즈마 방식이 아닌 자력을 이용한 DBD 플라즈마 리액터의 사용을 제안한다. 그리고 실제 실험 및 측정을 통해 제안 방식의 실효성을 검증하였다.

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문제 정의

그리고 DBD 플라즈마는 펄스 입력으로 구동하는데 이는 같은 소비전력 대비 출력 전압의 최대치가 높 아서 효과가 좋은 장점이 있다. 따라서, 본 논문은 DBD 플라즈마 공기청정기를 구동하기 위한 펄스 회로를 부스트 컨버터와 타이머555를 이용하여 만들고, 이를 단일 스위치 무손실 인버터^[5]를 입력으로 인가하여 2^~4kV의 펄스 전압으로 DBD 플라즈마 리액터를 구동하는 회로를 제안하고자 한다. 그래서 DC 입력으로 사용하여 구동했을 때보다 소비전력 대비 출력 전압의 최대치를 크게 만들어 청정 능력의 향상을 검증한다.

제안 방법

표3은 같이 입력 전압에 따른 입력 전류를 표시한 것이다. 실험 조건은 타이머 주파수 100Hz, 타이머 듀티 50%, 스위칭 주파수 40kHz, 스위칭 듀티 20%로 진행했다. 같은 줄에 표시된 것은 입력 RMS가 같으며 입력 전류가 비슷한 것을 볼 수 있다.

성능/효과

기존의 DBD 플라즈마 공기 청정기는 DC 전압을 인가하여 사용하였고, 적당한 양의 플라즈마 생성을 위해서는 소비전력이 커지는 단점이 있었다. 그 점을 보안하기 위해 본 논문에서는 펄스 전원 입력 단일 스위치 무손실 인버터를 제안했고, DC 전압 입력 대비 소비전력이 동일한 조건에서 단일 스위치 무손실 인버터의 출력 전압의 최댓값이 더 크게 나오기 때문에 미세먼지, 악취, 세균 등 대기 오염물질을 제거하는데 더 큰 효 과를 얻을 수 있었다. 이러한 부분을 차량 및 실내 공기 청정기에 적용하면 같은 소비전력 대비 정화 능력을 향상시키고, 차량 및 실내 공기 질이 더욱 개선될 것이다.

후속연구

그 점을 보안하기 위해 본 논문에서는 펄스 전원 입력 단일 스위치 무손실 인버터를 제안했고, DC 전압 입력 대비 소비전력이 동일한 조건에서 단일 스위치 무손실 인버터의 출력 전압의 최댓값이 더 크게 나오기 때문에 미세먼지, 악취, 세균 등 대기 오염물질을 제거하는데 더 큰 효 과를 얻을 수 있었다. 이러한 부분을 차량 및 실내 공기 청정기에 적용하면 같은 소비전력 대비 정화 능력을 향상시키고, 차량 및 실내 공기 질이 더욱 개선될 것이다. 또한, 많은 운전자들의 운전 환경이 개선되어 PM10, PM2.

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