○ 반도체 변압기용 고주파 변압기 기술 개발 - 고주파 변압기 소형 경량화 설계 및 특성 해석 - 고주파 변압기 특고압 절연 및 방열 해석 ○ 컨버터 일체형 전력변환 모듈 제어 및 통합 제어기술 개발 - 반도체 변압기 시스템 설계 및 특성 해석 - 반도체 변압기 모듈 제어기술 개발 - 반도체 변압기 시스템 통합 제어기술 개발 ○ 특고압 절연, 냉각, EMC를 위한 모듈 패키징 기술 개발 - 반도체 변압기 특고압 절연 및 최적 냉각 구조 설계 - 고주파 스위칭 노이즈 및 통신 간섭 EMC 설계 - 고속철도차량 적용 가능한 패키징 기구 설계 ○ 고속철도용 반도체 변압기 시스템 통합 운용 기술 개발 - 고속철도 적용 반도체 변압기 시스템 요구사항 도출 및 최적화 연구 - 반도체 변압기 운영 시퀀스 및 적용 알고리즘 연구 - 반도체 변압기의 차량간 인터페이스 적용 연구 - 반도체 변압기 고장 시나리오 분석 및 신뢰성 향상 기술 연구

- 제안하는 Xformerless, Sensorless 멀티레벨 무선급전시스템 개발을 위해 아래와 같은 핵심 기술 개발 예정임. 1) (급집전 공진 회로 최적 설계 방법론 개발) 제안하는 연구를 위해서는 최적화된 excitation coil, transmitter coil, receiver coil 등의 자기 인덕턴스, 상호 인덕턴스, quality factor, 공진 주파수, 정격 운전 임피던스 등의 설계 필요함. 따라서 공진 시스템 최적 설계 방법론에 대한 연구 필요함. 2) (Excitation coil 형상 설계 방법론 개발) 고주파 변압기 대신 사용되는 Excitation coil은 transmitter coil 과 강한 커플링 계수를 가지면서, 필요한 자기 인덕턴스 및 quality factor를 가져야 함. 따라서 excitation coil 형상 따른 trade-off 관계를 연구하고, 최적 형상에 대한 연구 필요함. 또한, 급전 코일의 형상 (pad 형 혹은 track 형) 에 따라 적합한 excitation coil 형상에 대한 연구 진행 예정임. 3) (Transmitter 및 Receiver 코일 설계 방법론 제시) 전기자동차용 급속 충전 시스템의 경우 SAE J2954 등에 3 - 11 kW 급 시스템의 급집전 코일 형상에 대해 제시되어 있으나 [2], 그 이상의 대용량 시스템에 대한 표준화 작업은 현재 진행 중이며, 대용량/다수 차량의 동시 충전을 위한 급전 및 집전 코일 형상 등은 제시된 바 없음. 따라서 대용량 시스템에 적합한 급전 코일의 형상에 대한 연구가 필요함. 4) (Impedance matching network 개발) 설계된 excitation coil – transmitter coil – receiver coil – load 시스템의 input impedance 가 멀티레벨 인버터에 적합하도록, impedance matching network, impedance suppression network 등을 적용할 필요 있음. 따라서 이에 대한 연구 진행 예정임. 5) (Active rectifier 및 고주파 인버터 토폴로지 개발) AC/DC 및 DC/AC 변환 담당하는 rectifier 및 인버터의 토폴로지, 사용되는 스위치 종류 등에 따라 스위치 개수, 전력 밀도, 가격 등이 상호 trade-off 관계에 있음. Pareto optimality 이용한 최적 토폴로지 및 스위치 선정 기법에 대한 연구 진행 예정임. 6) (절연체 형상 설계 방법론 개발) Exciation coil과 급전 코일 사이, 인버터 스택 간, active rectifier 스택 간의 절연 필요함. 특히 인버터 및 active rectifier 스택의 경우, 절연체 통해서 전기적 절연 및 기계적 지지 구조를 동시에 얻어야하기 때문에, 설계에 어려움 있음. Active rectifier, 인버터, excitation 코일을 동시에 절연할 수 있도록 하는 하나의 절연 함체 설계 연구가 필요함. 7) (제어 모듈 최적화 연구) 다수의 Active rectifier 및 인버터로 인해 on/off 해야 하는 스위치 개수가 매우 많아짐에 따라, 제어 기법에 따라 제어 모듈의 개수가 크게 달라짐. 따라서 제어 모듈의 최적 구조에 대한 연구 필요함. 8) (동기 좌표계 모델 이용한 급전 코일 전류 제어기 개발) 무선 충전 시스템은 급전 측에 일정한 전류 공급되면 집전 코일에 일정한 전압이 유기되기 때문에, 집전 측 제어기 구현에 유리함. 따라서 급전 코일의 전류를 일정하게 유지해주는 제어기 개발 필요. 9) (상태관측기 기반의 센서리스 부하 전압/전류 제어기 개발) 무선 충전 시스템은 급전 코일측 인버터에서 부하 측 전압/전류를 직접 피드백 받을 수 없음. 따라서 제어 동특성이 느리고, 대용량 시스템의 경우 시스템의 소손을 유발할 수 있음. 기 개발된 무선 충전 시스템의 동특성 모델링 [3] 및 이를 이용한 상태 관측기 기반의 센서리스 부하 전압/전류 제어기에 대한 연구를 진행해 기존 연구를 발전시킬 예정임.

- 기존 전기 차량 (Electric vehicle, EV) 용 혹은 전기 철도용 급속/대용량 무선충전시스템의 입력 측에는 중전압 레벨의 계통 전압을 반도체 스위치의 가용 전압 범위로 낮추기 위해 22.9kV/750V, 60Hz 등의 상용주파수 변전 설비를 사용함. (그림 1 참조)- 기존 무선 충전 시스템은 변전소의 저주파 변압기 2차측의 낮은 전압을 ...

1.1.1. (급집전 공진 회로 최적 설계 방법론 개발) 제안하는 연구를 위해서는 최적화된 excitation coil, transmitter coil, receiver coil 등의 자기 인덕턴스 (self-inductance), 상호 인덕턴스 (mutual-inductance), quality factor, 공진 주파수, 정격 운전 임피던스 등의 설계 필요함. 따라서 공진 시스템 최적 설계 방법론에 대한 연구 필요함. 1.1.2. (Excitation coil 형상 설계 방법론 개발) 고주파 변압기 대신 사용되는 Excitation coil은 급전 회로 (transmitter coil) 와 강한 커플링 계수를 가지면서, 필요한 자기 인덕턴스 및 quality factor를 가져야 함. 따라서 excitation coil 형상 따른 trade-off 관계를 연구하고, 최적 형상에 대한 연구 필요함. 또한, 급전 코일의 형상 (pad 형 혹은 track 형) 에 따라 적합한 excitation coil 형상에 대한 연구 진행 예정임. 1.1.3. (Transmitter 및 Receiver 코일 설계 방법론 제시) 전기자동차용 급속 충전 시스템의 경우 SAE J2954 등에 3 - 11 kW 급 시스템의 급집전 코일 (transmitter and receiver coil) 형상에 대해 제시되어 있으나 [5], 그 이상의 대용량 시스템에 대한 표준화 작업은 현재 진행 중이며, 대용량/다수 차량의 동시 충전을 위한 급전 및 집전 코일 형상 등은 제시된 바 없음. 따라서 대용량 시스템에 적합한 급전 코일의 형상에 대한 연구가 필요함. 1.1.4. (Impedance matching network 개발) 설계된 excitation coil – transmitter coil – receiver coil – load 시스템의 input impedance 가 멀티레벨 인버터에 적합하도록, impedance matching network, impedance suppression network 등을 적용할 필요 있음. 따라서 이에 대한 연구 진행 예정임. 1.1.5. (Active rectifier 및 고주파 인버터 토폴로지 개발) AC/DC 및 DC/AC 변환 담당하는 rectifier 및 인버터의 토폴로지, 사용되는 스위치 종류 등에 따라 스위치 개수, 전력 밀도, 가격 등이 상호 trade-off 관계에 있음. Pareto optimality 이용한 최적 토폴로지 및 스위치 선정 기법에 대한 연구 진행 예정임. 1.1.6. (절연체 형상 설계 방법론 개발) Exciation coil과 급전 코일 사이, 인버터 스택 간, active rectifier 스택 간의 절연 필요함. 특히 인버터 및 active rectifier 스택의 경우, 절연체 통해서 전기적 절연 및 기계적 지지 구조를 동시에 얻어야하기 때문에, 설계에 어려움 있음. Active rectifier, 인버터, excitation 코일을 동시에 절연할 수 있도록 하는 하나의 절연 함체 설계 연구가 필요함. 1.1.7. (제어 모듈 최적화 연구) 다수의 Active rectifier 및 인버터로 인해 on/off 해야 하는 스위치 개수가 매우 많아짐에 따라, 제어 기법에 따라 제어 모듈의 개수가 크게 달라짐. 따라서 제어 모듈의 최적 구조에 대한 연구 필요함. 1.1.8. (동기 좌표계 모델 이용한 급전 코일 전류 제어기 개발) 무선 충전 시스템은 급전 측에 일정한 전류 공급되면 집전 코일에 일정한 전압이 유기되기 때문에, 집전 측 제어기 구현에 유리함. 따라서 급전 코일의 전류를 일정하게 유지해주는 제어기 개발 필요. 1.1.9. (상태관측기 기반의 센서리스 부하 전압/전류 제어기 개발) 무선 충전 시스템은 급전 코일측 인버터에서 부하 측 전압/전류를 직접 피드백 받을 수 없음. 따라서 제어 동특성이 느리고, 대용량 시스템의 경우 시스템의 소손을 유발할 수 있음. 기 개발된 무선 충전 시스템의 동특성 모델링 [6] 및 이를 이용한 상태 관측기 기반의 센서리스 부하 전압/전류 제어기에 대한 연구를 진행해 기존 연구를 발전시킬 예정임.