초록 ▼

□ 연구개요
● 제안하는 과제 연구 목표는 GaN (Gallium Nitride) HEMT (High Electron Mobility Transistor)를 이용한 고성능/고전력밀도의 드론(Drone)용 무선 충전 시스템 (Wireless Charging System, WCS) 개발임
● 고성능과 고전력밀도 측면에서 세부 연구 목표는 다음과 같음
● 고성능
- 하나의 전력변환회로로 다수개의 드론 충전
- 비행 (Flying, Airborne) 상태 드론 충전
● 고전력밀도
- Wide Band

□ 연구개요
● 제안하는 과제 연구 목표는 GaN (Gallium Nitride) HEMT (High Electron Mobility Transistor)를 이용한 고성능/고전력밀도의 드론(Drone)용 무선 충전 시스템 (Wireless Charging System, WCS) 개발임
● 고성능과 고전력밀도 측면에서 세부 연구 목표는 다음과 같음
● 고성능
- 하나의 전력변환회로로 다수개의 드론 충전
- 비행 (Flying, Airborne) 상태 드론 충전
● 고전력밀도
- Wide Band Gap 소자인 GaN HEMT 이용: 수신부 (Transmitter) 및 송신부(Receiver) 적력밀도 극대화
- 충전 효율 및 전력 밀도를 향상시킬 수 있는 최적 충전 회로 구조 도출

□ 연구 목표대비 연구결과
● GaN HEMT를 이용한 무선송수신 시스템 개발 완료
● 하나의 전력변환회로로 다수개의 드론 충전
- 결합계수 및 수신부 자기인덕턴스 변동을 최소화할 수 있는 무선 패드 개발
- 3개의 드론을 동시 충전할 수 있는 무선충전시스템 연구 개발 완료
● 비행 상태 드론 무선충전시스템
- 위치 변동에 따른 결합계수 및 수신부 자기 인덕턴스 변동 분석
- DC-link 전압 및 자기 파라메터 변동을 보상할 수 있는 수신부 Switched Capacitor 방식 적용한 무선 충전 시스템 개발 완료
- 실제 드론을 개조하여 비행중 충전을 모의하려하였으나 비용과 과제 기간적인 측면에서 이를 수행하지 못하였지만 실제 수신패드를 이동하며 제안 시스템의 성능을 검증하였음

□ 연구개발결과의 중요성
● 드론에 탑재되는 배터리의 용량은 무게와 한정된 탑재 공간으로 인해 다른 배터리 탑재분야에 비해 상대적으로 적기 때문에 충전빈도가 높아져야하며, 이를 위해서는 무선충전시스템 적용이 매우 효과적인 해결책이 될 수 있음
● 비행 중 드론의 충전이 가능할 경우 이륙 및 착륙 시간을 감소시킬 수 있어 드론의 운용율을 증대시킬 수 있을 것으로 판단됨
● 다수개의 드론 충전 시스템 및 비행 중 충전기술은 국내 드론용 무선 충전 기술의 한 단계 발전을 가져올 수 있다고 판단됨
● 해외에서도 드론용 무선 충전 시스템 연구는 진행되지만 그 용량이 50W 미만으로, 빠른 충전을 기대하기 힘들고, 다수 드론 충전 관련 기술에 관해서 연구나 제품이 보고되지 않았기 때문에, 이에 대한 기술선점을 통해 향후 빠르게 성장하고 있는 드론 시장에 큰 성과를 가져 올 수 있다고 판단됨
● 또한 같은 맥락의 무인기 (Unmanned Aerial Vehicle, UAV)에도 해당 무선 충전 기술이 적용 가능하여, 그 활용범위는 매우 넓다고 판단됨

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구배경 ... 4
• 1.2 과제목표 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 2.1 300W 급 드론용 무선 충전 시스템 구현 ... 6
• 2.1.1 Power 회로 설계 ... 6
• 2.1.2 드론용 무선 충전 코일 설계 ... 6
• 2.1.3 공진회로 설계 ... 7
• 2.1.4 실험결과 및 분석 ... 8
• 2.2 100W 급 드론용 다중 무선 충전시스템 구현 ... 9
• 2.2.1 드론용 다중 무선 충전시스템 코일 설계 ... 9
• 2.2.2 전력변환부 및 공진회로 설계 ... 10
• 2.2.3 실험결과 및 분석 ... 11
• 2.3 450W 급 비행중인 드론용 무선 충전시스템 구현 ... 12
• 2.3.1 비행중인 드론용 무선충전시스템 개요 ... 12
• 2.3.2 Switched Capacitor제어 ... 13
• 2.3.3 Step up/down PFC 통한 DC-link 전압제어 ... 13
• 2.3.4 실험결과 및 분석 ... 14
• 2.4 GaN HEMT 구동을 위한 게이트 드라이버 회로 설계 ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구성과 ... 17
• 붙임. 주관연구책임자(공동연구원 포함) 대표적 논문·특허실적 요약문 ... 19
• 끝페이지 ... 31