지난 글에 이어 이번 글에서는 ZVS(Zero-Voltage Switching) 토폴로지를 사용하는 벅 및 부스트 레귤레이터를 활용해 다양한 이점을 얻을 수 있는 하베스팅 로봇 애플리케이션과 UAV 애플리케이션 설계디자인에 대해 알아본다.

2. 하베스팅 로봇: 절연 및 비절연 변환
하베스팅 로봇은 대규모 장비이기 때문에 일반적으로 800V 배터리로 공급되는 최대 20kW의 파워가 필요할 수 있다. 충전 시까지 가동시간을 더 연장할 수 있는 전력 분배 네트워크의 효율성은 이러한 애플리케이션에서 매우 중요하다. 

절연 버스 컨버터 또는 고정비율 컨버터는 48V와 같은 SELV 레벨로 고전압을 하향 변환하여 케이블 및 커넥터를 위한 최고의 분배 효율을 제공한다.

버스 컨버터를 쉽게 병렬로 연결하여 프론트-엔드 전력변환 스테이지를 확장할 수 있으며, 이를 통해 상당한 설계 유연성을 얻을 수 있다. 

또한 고성능 ZVS 벅 부스트 및 벅 레귤레이터를 사용하여 다양한 시스템 부하에 대한 직접 48V 변환 및 레귤레이션을 수행할 수 있다. 

시스템의 CPU 마더보드와 같은 12V 부하의 경우, 48V-12V 비절연 고정비율 컨버터를 사용하면 가장 높은 효율과 가장 높은 전력밀도를 구현할 수 있다. 그 다음 다상 12V 벅 레귤레이터 스테이지에서 PoL에 대한 레귤레이션을 수행한다. 

3. 유선 UAV: 고전압으로 SELV 부스트 변환 및 저전압으로 벅 변환
유선 드론은 보안 및 소방, 구조 팀 등이 고정된 위치에서 관찰 및 통신 또는 조명 용도를 위해 사용한다.

양방향 고정비율 컨버터는 SELV 배터리 전원을 사용할 수 있는 매우 효율적이고 유연한 설계가 가능하며, 유선 케이블의 크기와 무게를 최소화하여 가동시간과 페이로드를 극대화할 수 있다. 

이러한 유형의 애플리케이션에서 K계수 1:8의 버스 컨버터(리버스로 사용됨)는 48V를 384V로 부스트하여 케이블을 따라 전력을 전달하며, 케이블 두께는 물론, 손실(I2R)을 줄일 수 있다. 

또한 동일한 K 1:8 컨버터는 UAV에 탑재된 온보드 전자장치와 UAV 로터 시스템을 위한 384V-48V 하향 변환에도 사용할 수 있다.

이러한 전력 분배 네트워크는 고정비율 컨버터의 효율 및 전력밀도(크기와 무게) 이점을 극대화할 수 있으며 페이로드를 위한 여유공간을 확보함으로써 드론에 부가적인 이점을 제공한다. 

향후 애플리케이션에서 K 1:16을 사용하여 48V를 800V로 부스트하면, 더 높은 고도에서 동작할 수 있도록 케이블의 길이를 늘리면서도 케이블의 두께와 무게는 더욱 줄일 수 있다.

전력분배네트워크의 효율 및 전력 시스템 밀도는 자동차, 로봇, UAV 시장에서 중요한 기능으로 언급되는 가동시간과 충전시간, 주행거리 및 페이로드 용량 등과 같은 성능을 달성하는데 매우 중요하다. 

전력분배네트워크의 성능은 배터리와 같은 넓은 범위의 전원 소스를 사용하는 경우에도 고정비율 컨버터를 사용해 향상될 수 있다는 점이 명확하게 알 수 있다. 

이러한 애플리케이션은 물론, 다른 애플리케이션에서도 절연 장벽 및 전압 레귤레이션 기능을 업스트림 또는 다운스트림에서 수행할 수 있으며, 네트워크 상의 고전압 분배를 통해 시스템 PCB의 구리 전력 플레인과 커넥터 및 케이블의 크기를 줄일 수 있다.

글: 정 기 천 / 어카운트 매니저 / 바이코코리아