넓은 입력 범위와 수신부 비정렬 대응을 위한 전계결합 무선전력전송의 제어 기법 연구

Abstract

최근 전력반도체와 전력전자기술의 발전에 의해 무선전력전송에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문은 근거리장 무선전력전송의 하나인 전계결합형 무선전력전송에서 발생하는 제어 문제들을 분석한다. 그리고 전계결합 무선전력전송에 적합한 컨버터인 능동형 클램핑 비대칭 하프-브리지 컨버터를 적용해 무선전력전송에 필요한 제어 방법을 제안한다.

본 논문은 전력변환 장치로서 필요한 정전압 제어와 공진회로를 구성하는 무선전력전송장치로서 요구되는 주파수제어를 이중으로 함께 구현한다. 전력변환장치가 유니버셜 사양, 배터리, 비조절형 버스컨버터 등의 출력을 입력으로 가지는 경우가 많기 때문에 입력전압이 변하는 경우에 대한 대응이 필요하며 전계결합형 무선전력전송장치에서 흔히 발생하는 송신부와 수신부 사이의 비정렬 대처 또한 필수적이다. 하지만 선행연구들의 경우는 위 제어 항목들에 대한 대처 방법으로 수신부측의 컨버터 및 전류센서를 추가하므로 시스템이 복잡할 수 있다. 본 논문에서는 전계결합 무선전력전송에 적합한 PWM 제어가 가능한 능동형 클램핑 비대칭 하프-브리지 컨버터를 적용하였다. 입력전압 변동에 대응하기 위해 피드-포워드 시비율 제어를 적용하고 이를 소신호 모델링 하였다. 그리고 수신부의 비정렬이 발생할 때 SOGI-주파수고정루프를 이용해 변 하는 공진주파수를 추적한다. 제안 방법은 해당 전력변환장치를 송신부 측에서만 제어함으로써 전력변환장치 구성을 간단히 할 수 있다. 그러므로 제안 방법은 전계결합 무선전력전송장치에 유용한 회로가 될 것으로 판단된다.