초록 ▼

인공위성의 전원은 주로 태양전지를 이용하여 발생된 전압을 조절하며, 식(Eclipse) 기간에는 밧데리를 이용하여 전기 에너지를 공급한다. 따라서, 전원시스템의 구성은 태양전기의 출력 전압을 일정하게 유지시키는 전압조절장치와 밧데리에 에너지를 충전하는 밧데리 충전기 및 밧데리 방전기로 이루어져 있다. 본 연구는 인공위성전원 시스템 중 밧데리에 에너지를 충전하는 밧데리 충전기와 필요할 때 밧데리의 에너지를부하에 공급하는 밧데리 방전기에 대한 연구로 고 효율, 고 전력밀도를 갖도록 실현하는 데있다. 밧데리 충전기 및

인공위성의 전원은 주로 태양전지를 이용하여 발생된 전압을 조절하며, 식(Eclipse) 기간에는 밧데리를 이용하여 전기 에너지를 공급한다. 따라서, 전원시스템의 구성은 태양전기의 출력 전압을 일정하게 유지시키는 전압조절장치와 밧데리에 에너지를 충전하는 밧데리 충전기 및 밧데리 방전기로 이루어져 있다. 본 연구는 인공위성전원 시스템 중 밧데리에 에너지를 충전하는 밧데리 충전기와 필요할 때 밧데리의 에너지를부하에 공급하는 밧데리 방전기에 대한 연구로 고 효율, 고 전력밀도를 갖도록 실현하는 데있다. 밧데리 충전기 및 방전기의 고 효율화는 밧데리의 무게를 줄일 수 있을 뿐 아니라특히 우주환경에서 문제가 되는 방열 문제를 완화시켜주므로 매우 필요하다.본 연구에서는 시스템의 고 효율화를 위하여 최근 연구가 활발히 진행되고 있는 영전압 스위칭 방식의 PWM 컨버터를 이용하여 개발하였다. 영전압 스위칭 방식의 채택은 무게의 경량화가 중요한 인공위성용 밧데리 충방전기를 고 효율로 실현할 수 있는 장점이 있다.밧데리 충방전기 개발에 사용될 스위칭 기법인 영전압 스위칭 방식은 컨버터를 고주파로 동작시킬 수 있으므로 다음의 장점을 갖는다.ㅇ 스위칭 손실의 감소ㅇ PWM 동작으로 인한 전도손실 최소화ㅇ 고주파 동작이 가능하여 경량화ㅇ 고효율ㅇ 고효율에 의한 방열문제 저감ㅇ 스위칭으로 인한 회로의 노이즈 문제 현저히 감소ㅇ 영전압 스위칭으로 인한 스위칭 신뢰도 향상영전압 스위칭 방식의 컨버터의 제안으로 고 효율 컨버터를 구현하였고, 이를 바탕으로 강압형 컨버터를 배터리 충전기로 개발하였고, 승압형 컨버터를 배터리 방전기로 구현하였다. 설계된 배터리 충전기와 방전기에 대한 결과는 배터리 22개가 직렬로 연결된 경우항상 90 % 이상의 효율을 갖음을 실험으로 증명하였다.인공위성 고 효율 배터리 충방전기의 연구는 향후 인공위성 배터리 충방전기의 기초연구로서 앞으로 신뢰성 연구를 비롯한 배터리 충방전기의 상용화 개발시 활용이 가능할 것으로 예상되며, 이의 방법을 산업용 배터리 충방전기에 적용할 경우 고효율, 고 전력밀도의 장점이 있을 것으로 예상된다.

Abstract ▼

A power supply of spacecraft controls output voltage fromsolar cell array for sunlight period. During eclipse period, electrical energy is suppliedby a battery source. The power subsystem is consists of voltage regulator, batterycharge regulator (BCR) and battery discharge regulator(BDR)

A power supply of spacecraft controls output voltage fromsolar cell array for sunlight period. During eclipse period, electrical energy is suppliedby a battery source. The power subsystem is consists of voltage regulator, batterycharge regulator (BCR) and battery discharge regulator(BDR), therefore. The voltageregulator controls the output voltage of the solar cell array, The BCR controls chargingcurrent to the batteries for sunlight period, and The BDR controls bus voltage in orderto supply the electrical energy to the load. In this project, a high efficiency batterycharge and discharge regulator (BCDR) will be developed. The high efficiency systemcan reduced weight of the BCDR as well as the power dissipation problem in the spaceenvironments.Zero voltage switched(ZVS) PWM(Pulse Width Modulation) technique, which hasrecently been researched, is applied to the BCR and BDR system to realize highefficiency. Therefore, light weight BCDR with high efficiency can be obtained.The BCDR with ZVS PWM techniques has many advantages due to high frequencyoperation. They are as follows :ㅇ Low switching losses,ㅇ minimized conduction loss due to PWM control,ㅇ lighter weight due to high frequency operation,ㅇ high efficiency,ㅇ reduction of heat problems due to low device losses,ㅇ remarkable reduction of noise problem due to zero voltage switching,ㅇ reliable switching operation due to zero voltage switching. The highefficiency converter was developed by proposed zero voltage switched (ZVS) converter.Based on the ZVS converter, the battery charger was developed by ZVS buckconverter and the battery discharger was developed by ZVS boost converter. Theabove characteristics are verified experimented battery charger and discharger for 22serial connected battery cells. The experimental efficiency of both battery charger anddischarger is above 90 %.This product of battery charger and discharger for spacecraft will be applicable forpractical development of spacecraft battery charger and discharger and for any otherapplication of battery charger and discharger.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...11
• 제 1 절 연구 배경...11
• 제 2 절 연구 목적...12
• 제 3 절 연구의 내용 및 범위...12
• 제 2 장 연구방법 및 이론...14
• 제 1 절 서론...14
• 제 2 절 밧데리 충전기...15
• 제 3 절 밧데리 방전기...23
• 제 3 장 연구결과...30
• 제 1 절 밧데리 충전기...30
• 제 2 절 밧데리 방전기...36
• 제 4 장 고찰...43
• 제 1 절 연구결과 고찰...43
• 제 2 절 향후 연구계획...44
• 제 5 장 결론...45
• 인용문헌...47
• 연구수행관련 논문발표 목록서...49
• 자체평가서...50