6.78MHz 자기 공진형 근거리 무선전력전송 시스템의 모델링 해석

Abstract

현재 무선전력전송의 시뮬레이션 연구는 Q3D extractor와 같은 프로그램을 사용하여 전력전송 시 발생하는 전자장 해석을 중점적으로 하는 연구가 진행 되고 있다. 하지만 이는 전원부와 송․수신부를 포함한 시스템의 통합적 구성에 어려움이 있다. 따라서 시스템의 임피던스와 폐루프계의 대역폭과 안정도 판정을 위해 통합적인 해석이 요구된다. 특히 6.78 MHz의 무선전력전송회로는 전체의 주파수 특성 해석에 회로 해석을 이용 할 경우 시스템 단위의 연구에 유리한 점을 가지고 있다. 본 논문에서는 회로 해석에 유용한 시뮬레이션 툴인 PSIM을 이용하여 무선전력전송의 기초 연구인 송․수신부 등가회로 모델링을 하였다. 시스템 모델링의 송․수신 부분은 4개의 LC 공진 코일로 구성되어 있으며, 트렌스포머 등가 회로를 사용하여 노드 방정식을 세웠다. 자기 결합은 PSIM의 소자인 Coupled inductor를 사용하였으며, 입력하는 상호 인덕턴스는 코일의 지름, 길이 그리고 인접한 코일과 코일 사이의 거리를 고려하여 계산하여 선정 하였다. 회로 모델링의 결과는 거리와 전달비(Power gain)의 관계가 근접장 비방사형의 특징을 따르고 있으며, 이는 수치적인 해석과 유사한 결과를 나타내고 있다. 따라서 송․수신부의 모델링을 통하여 실제 시스템의 송신거리에 따른 전력 효율을 계산 할 수 있다. 이 모델링을 토대로 전원의 변화, LC직․병렬 공진, 공진 코일의 크기, 길이의 증감 그리고 공진코일의 개수가 증가 하는 경우에도 시스템 특성을 파악 할 수 있으며, 효율 개선이 가능 할 것으로 예상한다.